HEAT PUMP

Abstract: 1. Heat pump device with an evaporator, a compressor and a condenser, whereby the condenser is immersed as part of a radiator (61) in a radiator tank (63) filled with water, and whereby evaporator, compressor and condenser are part of a sealed refrigerating cycle, wherein a water inflow duct (65) and at least one water outflow duct (68) or industrial water plant (87) are connected to the radiator tank (63), and the radiator tank (63) is sub-divided into an upper and a lower section, whereby the lower section can be used as hot water or industrial water apparatus, whilst the upper section shows sealed or unsealed water evaporation openings (75) on its upper side (72).

Description: Wärmepumpenanlage zur Wärmerückgewinnung und verbesserten Energieaufnahme aus der Umgebungsatmosphäre Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage zur Wärmerückgewinnung aus Räumen, deren Temperatur über der Aussentemperatur liegt und zur verbesserten Energieaufnahme aus der Umgebungsatmosphäre, wobei eine mittels Verdichter mit Kältemittel betriebene Verdampferfläche an der gesamten Aussenfläche des zu beheizenden Gebäudes befestigt und Solarzellen wiederum an der Verdampferfläche angebracht, eine Einheit zur verbesserten Energieaufnahme (Wärme und Strom) bilden. Bekannte Wärmepumpenanlagen sind mit Verdichtern ausgestattet, die einen zu hohen Stromverbrauch haben, um mit Solarzellen betrieben werden zu lönnen. Wie allgemein bekannt, sind fotovoltaische Zellen im gekühlten Zustand leistungsfähiger in der Produktion von Strom. Aus diesem Grund liegt es nahe, solche Zellen, vorzugsweise Solarzellen, auf Verdampfern von Wärmepumpenaniagen anzubringen, wobei sich zwei Vorteile erzielen lassen, die sich gegenseitig ergänzen. Erstens: Es wird mit fallender Aussentemperatur zum Heizen mehr Strom gebraucht. Zweitens: Um mit solchen Wärmepumpenanlagen viel Wärme zu gewinnen, ist es notwendig, die Verdampfer fläche stark abzukühlen, wobei in diesem gekühlten Zustand die Solarzellen eine erhöhte Leistung erbringen, um damit den Verdichter der Wärmepumpenanlage vermehrt mit Strom zu versorgen. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Wärmepumpenanlage, die bei geringerem Energieeinsatz mehr Leistung springt. Ausserdem ist durch die Anbringung von Solarzellen an den Verdampfern der Wärmepumpenanlage möglich, die Solarzellen durch Abkühlung zur besseren Leistung zu bringen und damit vermehrt Strom zum Antrieb des Verdichters zu erzeugen. Diese erfindungsgemässe Wärmepumpenanlage gewährleistet eine verbesserte Wärmerückgewinnung, Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe bei gleichzeitiger Leistungserhöhung beim Verdichter und den Solarzellen. Um die Energierückgewinnung mittels einer Wärmepumpenanlage aus der Umgebungsatmosphäre zusätzlich zu verbesern, wird unter der Verdampferfläche einer Gebäudeaussenfläche, die von einem Dämmstoff beabstandet ist, ein Luftkanal gebildet. Ausserdem ist es notwendig, den Stromverbrauch zu senken, um die Antriebsenergie besser auszunutzen. Aus diesem Grunde ist der Verdichter der Wärmepumpenanlage so konstruiert, dass bei einer Vielzahl von nachfolgenden Kolben das Drehmoment des Motors besser genutzt wird bei gleichzeitig wenig energieverzehrenden Lagern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwei Walzen zahnradähnlich ineinandergreifen, wobei die eine Walze Kolben und die andere Walze Stössel aufweist. Bei Drehbewegungen beider Walzen druckt der Stössel der Stösselwalze gegen die Kolben der Kolbenwalze und bewirkt eine Hubbewegung der Kolben. Bei Verdampfern, die der Aussenatmosphäre ausgesetzt sind und deshalb schwankenden Temperaturen unterliegen, ist die Kühlung bei sauggasgekühlten Verdichtern nicht kontinuierlich möglich. Um eine allzu hohe Erwärmung des Elektromotors des Verdichters und deshalb hohen Stromver brauch zu vermeiden, ist es notwendig, eine separate Verdampfereinheit um den Verdichter der Wärmepumpenanlage anzubringen. Um eine optimale Wärmeabgabe der Wärmepumpenanlage zu gewährleisten, werden die Heizkörper vom heissen Kältemittel unmittelbar durchflossen. Eine energiesparende Massnahme stellt der Kältemittelkondensations-Heizkörper deshalb dar, weil er vom heissen Kältemittel direkt erhitzt wird und darüberhinaus mittels Wasserverdunstungsöffnungen die Raumluft befeuchtet und so für einen besseren Wärmeübergang im Raum sorgt. Ausserdem wird ständig Warmwasser als Brauchwasser kostenlos bereitgestellt, wobei bei Nichtentnahme des Warmwassers die Wärme an den Raum abgegeben wird. Erfindungsgemäss ist der Kondensator der Wärmepumpenanlage in einem geschlossenen, mit Speicherwasser gefülltem Heizkörperbehälter eingetaucht, wobei der Kondensator Kondensationskanäle aufweist. In dieser Ausbildung des Kältemittelkondensations-Heizkörpers in der Wärmepumpenanlage wird der maximal denkbare Wirkungsgrad der Wärmenutzung erreicht. In einer ersten erfindungsgemässen Ausführungsform ist der Heizkörperbehälter einerseits an mindestens eine wasserführende Abflussleitung bzw. eine Heisswasser-Verbrauchsanlage angeschlossen. Damit wird die Wasserspeicherkapazität der erfindungsgemässen Kältemittelkondensations-Heizkörper zugleich zur Brauchwasserbereitung genutzt. Dafür können die einzelnen Heizkörper entweder parallel oder hintereinander, auch in Kombination miteinander an die Brauchwasseranlage angeschlossen sein. Zur Ausschaltung einzelner Heizkörper kann auch eine thermoventilgesteuerte Überbrückungsleitung zwischen der wasserführenden Zuflussleitung und -Abflussleitung des Heizkörperbehälters vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Heizkörperbehälter, der an seiner Oberseite Verdunstungs öffnungen aufweist, die in ihrem Querschnitt und/oder ihrer Anzahl mittels Hand- oder Raumfeuchtigkeitsregler verstellbar sind, wobei ein Schwimmerventil in der Zuflussleitung den Zufluss des Wassers bei Erreichen eines einstellbaren maximalen Wasserstandes im Heizkörperbehälter nachreguliert. In dieser Form dient der erfindungsgemässe Heizkörper zur Raumluftbefeuchtung. Auch dabei kann das Speicherwasser als Brauchwasser genutzt werden. Eine zusätzliche Nutzung der vom Verdichter abgegebenen Wärme wird erreicht, wenn der Verdichter in dem zu beheizenden Raum untergebracht ist, vorzugsweise im/oder am Kältemittelkondensations-Heizkörper der Wärmepumpenanlage. Auch bei einem Anbau des Entspannungsventils und Kältemittelsammlers am erfindungsgemässen Kältemittelkondensations-Heizkörper ergibt sich der Vorteil einer kompakten Ausführung. Um die Vorteile der Direktkondensation des Kältemittels im Kondensations-Heizkörper und der Direktverdampfung des Kältemittels im Verdampfer von Gebäudeaussenflächen zu gewährleisten, ist es für den zuverlässigen und sicheren Wärmepumpenanlagenbetrieb notwendig, die Füllmenge des Kältemittels im Kältemittelkreislauf einer schwankenden Aussentemperatur jeweils anzugleichen. Ein Kältemittelsammler wird mittels Ventilen, die jeweils am Verdichtereingang und Verdichterausgang angebracht sind, so gesteuert, dass bei Uber- oder Unterschreitung des Wertes des jeweils eingestellten Ventiles der Verdichter das Kältemittel aus dem Kältemittelsammler entnehmen und dem Kältemittelkreis zuführen kann oder aus dem Kältemittelkreis entnehmen und dem Kältemittel sammler zuführen kann. Eine wesentliche Erweiterung des Einsatzbereiches des erfindungsgemässen Kältemittelkondensations-Heizkörpers wird damit erreicht, dass die Kondensationskanäle der Wärmepumpenanlage von Kondensation auf Verdampfung umschaltbar sind, wobei mit Frostschutzsicherungseinrichtungen der Kältemittelkondensations-Heizkörper bei Umkehrung des Arbeitsprinzips auch zum Kühlen von Räumen genutzt werden kann. Als Kombination lassen sich bei Ausführungsformen der Erfindung in einem Heizkörper (Wasserverdunstung und Heisswasserbereitung) vereinigen; wobei z.B. der obere Bereich Wasserverdunstungsöffnungen aufweist und der untere Bereich des Heizkörpers zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Um den Verdichter der Wärmepumpenanlage mit grossem Verdampfer vor Flüssigkeitsschlägen aus dem Verdampfer zu schützen, ist es notwendig, eine gesonderte Schalteinrichtung vorzusehen. Bei Wärmepumpenanlagen mit solch grossem Verdampfer kann bei längeren Stillstandzeiten des Verdichters, Kältemittel im Verdampfer flüssig werden, so dass es beim Anfahren des Verdichters zu Flüssigkeitsschlägen kommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Magnetventil den Kältemittelfluss unterbricht und der Verdichter so lange in Betrieb bleibt, bis der Verdampfer leergesaugt ist. Ein saugseitig angeordneter Druckschalter spricht bei einem vorher eingestellten Unterdruckwert an und schaltet den Verdichter ab. Damit ist es möglich, den Verdampfer in der Stillstandsphase der Wärmepumpenanlage in einem kältemittel- und somit drucklosen Zustand zu halten. Das Kältemittel der Wärmepumpenanlage befindet sich dadurch vollständig im Kondensator oder in einem dem Kondensator nachgeordneten Kältemittelsammler. Bei Inbetriebnahme der Anlage wird das Magnetventil vom Ther mostat geöffnet und das Kältemittel strömt durch das Entspannungsventil in den Verdampfer und gelangt in verdampftem Zustand in den Verdichter. Der Druckschalter reagiert und gibt den Verdichter zur Betriebsaufname frei. Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass grossvolumige Verdampfer, z.B. bei Fassaden, Dach und dergleichen, eingesetzt werden können. Um die eingangs geschilderten Vorteile auch an Maueröffnungen anzuwenden, ist dafür speziell ein Element entwickelt, das in der Funktion und im Wirkungsgrad der bisher beschriebenen Art entspricht, wobei die Besonderheit von freien Glasflächen eine Anordnungsänderung von Verdampfung und Wärmeabgabe erforderlich macht. Aus der DE-OS 30 22 522 ist bereits ein Fenster bekannt, das eine in einem Fensterrahmen im Abstand von einer ersten Scheibe angeordnete äussere zweite Scheibe besitzt. Am unteren Rand des Fensterrahmens ist eine Lufteinlass öffnung vorhanden. In dem Luftkanal, der durch den Abstand zweier Scheiben gebildet wird, wird die Luft von der vom Innenraum nach aussen drängenden Wärme erwärmt und steigt nach oben. Am Ende des Luftkanals, am oberen Fensterrahmenrand, befindet sich eine Luftauslassöffnung zum Innenraum hin, in der ein Verdampfer angeordnet ist. In der Betriebsphase der Wärmepumpenanlage entzieht der Verdampfer der aufsteigenden Luft die Wärme. Die abgekühlte Luft sinkt in den Innenraum ab und bildet so einen Luftschleier vor und hinter der, dem Innenraum zugewandten Scheibe. Die so gewonnene Wärme muss über einen gesonderten Heizkörper abgegeben werden. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Fenster der eingangs genannten Art zu schaffen, das nicht nur wärmeverlustfrei ist, Wärme dazugewinnt und rückgewinnt, sondern auch Wärme zur Beheizung abgibt und somit ein komplettes Wärmepumpen-Heizsystem darstellt. Diese Aufgabe wird bei einem Fenster erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass am Ende des Luftkanals des Fenster Wärmepumpeneinbauteils mindestens ein Verdampfer, ein Kondensator, ein Verdichter und ein Entspannungsventil in einem Kältemittelkreis vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft ist est wenn eine weitere Scheibe den Luftkanal auf der Seite des Innenraumes bis in den Bereich des unteren Fensterrahmens fortsetzt. Bei dieser Ausführungsform strömt dann die Zuluft zunächst zwischen der äusseren Scheibe und der mittleren Scheibe im Luftkanal nach oben zum Verdampfer und zum Querlüfter und wird anschliessend von dort zwischen der mittleren Scheibe und der inneren Scheibe durch den Luftkanal wieder nach unten zum Kondensator geleitet. Die Luftumwälzung kann statt mit einem Querlüfter, der über der gesamten Fensterlänge angeordnet ist, auch über einen seitlich unten angeordneten Lufteinlass erfolgen, wobei ein Ventilator (vorzugsweise Flügellüfter) eingebaut ist, der die Luft in den Fensterrahmen durch das Rohrprofil des unteren Fensterrahmens drückt, um von da aus durch entsprechende öffnungen in den Hohlraum zwischen der äusseren und mittleren Scheibe verteilt zu werden. Bei der Abluft kann diese Art von Lufteinlass- bzw. Luftauslass öffnungen auch angewendet werden. Es ist aber auch möglich, diese weitere Scheibe wegzulassen, so dass die Zuluft über den am oberen Blendrahmen vorgesehenen Kondensator an den Innenraum abgegeben wird. In jedem Fall wird also die Zuluft über einen Kondensator dem Innenraum zugeführt. Die Erfindung ermöglicht einen extrem hohen Wirkungsgrad bei der Rückgewinnung der durch die Fensterfläche entweichenden Wärmeenergie. Diese Wärmeenergie wird nämlich von der durch den Luftkanal nach oben und ggf. auch nach unten strömenden Zuluft aufgenommen wodurch sich die Zuluft erwärmt Die dadurch in der Zuluft enthaltene Wärmeenergie wird auf den Verdampfer übertragen, vom Verdichter auf ein höheres Niveau gebracht und vom Kondensator in den Innenraum abgegeben, wobei der Querlüfter sowohl die Luft durch den Verdampfer ansaugt als auch durch den Kondensator in den Innenraum drückt. Alle für den Kältemittelkreislauf notwendigen Teile sind so entweder im Fensterrahmen und am bzw. im Blendrahmen oder in dessen Nähe untergebracht. Nachstehend werden bevorzugte AusführungsLormen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Verdampfer-und Hinterlüftungsanordnung der Wärmepumpenanlage an einer Gebäude-Aussenfläche. Figur 2 die Befestigung von Verdampferflächen und Verdampferrohren bei der Anordnung gemäss Figur 1 in vergrössertem Massstab, und Figur 3 die Befestigung von Dachelementen und Verdampferrohren bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 in vergrössertem Massstab. Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Verdampfer-und Hinterlüftungsanordnung der Wärmepumpenanlage an einer Gebäude-Aussenfläche. Figur 5 die Montage von Verdampferflächen und Verdampferrohren der Wärmepumpenanlage. Figur 6 eine schematische Querschnittsdarstellung des erfindungsgemässen Kompressors der Wärmepumpenanlage. Figur 7 eine schematische Querschnittsdarstellung der erfindungsgemässen Rolben-und Stösselwalze des Kompressors der Wärmepumpenanlage in Funktion. Figur 8 eine schematische Darstellung der einen Ausfüh rngsform des Kältemittelkondensations-Heizkörpers der Wärmepumpenanlage, wobei die Heizkörper in Reihe hintereinandergeschaltet dargestellt sind. Figur 9 eine perspektivische Darstellung der anderen Ausführungsform des Kältemittelkondensations-Heizkörpers der Wärmepumpenanlage, auch mit stärker verdeutlichter Wiedergabe der erfindungsgemässen Heizkörperkonstruktion. Figur 1o eine schematische Darstellung der Schalteinrichtung der Wärmepumpenanlage. Figur 11 ein Schnitt durch das erfindungsgemässe Fenster Wärmepumpeneinbauteil der Wärmepumpenanlage. Figur 12 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Fenster-Wärmepumpeneinbauteils der Wärmepumpenanlage. Figur 13 eine schematische Darstellung der gesamten erfindungsgemässen Wärmepumpenanlage. An den Figuren 1,2,3,4 und 5 ist dargestellt, wie in Verdampferflächen der Wärmepumpenanlage, Verdampferrohre integrierbar sind. In den Verdampferflächen sind Vertiefungen vorgesehen, die in der Lage sind, die Solarzellen aufzunehmen oder Solarzellen nachträglich mechanisch oder mit einem Kleber auf die Verdampferfäche anzubringen. Die Solarzellen und die Vertiefungen sind zur Vereinfachung der Zeichnungen nicht dargestellt. Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verdampfer-und Hinterlüftungsanordnung mit Lufteinlass 20 unter Firstabdeckung 10 und Luftauslass 29 und 30, wobei die im Luftkanal 22 und 23 strömende Luft nur an einer Seite mit den Verdampferflächen: Dacheindeckelemente 31 und Wandverkleidungselemente 33 in wärmetauschender Wirkverbindung tritt und wie die Verdampferrohre 25 in den Dacheindeckelementen 31 und Wandverkleidungselementen 33 integriert sind. Die Dacheindeckelemente 31 (Figur 3) sind S-förmig gebogen und ineinander verhakt, wobei zwischen dem unteren, nach innen gebogenen Ende eines höher liegenden Dacheindeckelementes 31 und dem oberen, nach aussen gebogenen Ende eines tiefer gelegenen Dacheindeckelementes 31 jeweils ein Verdampferrohr 25 angeordnet ist. Ausdehnungssicken 32 der einzelnen Dacheindeckelemente 31 dienen zur Aufnahme von Wärmeausdehnungen des Dacheindeckelementes 31. Mit der Befestigungslasche 38 wird das Dacheindeckelement 31 jeweils auf dem Dachsparren 21 befestigt. Die Wandverkleidungselemente 33 (Figur 2) sind ähnlich wie die Dacheindeckungselemente 31 gestaltet: Das untere Ende eines höher gelegenen Wandverkleidungselementes 33 und das obere Ende eines tiefer gelegenen Wandverkleidungselementes 33 umhüllen jeweils ein Verdampferrohr 25, so dass dieses sicher zwischen den einzelnen Wandverkleidungselementen 33 geführt ist. Eine Befestigungslasche 35 dient zum Befestigen der einzelnen Wandverkleidungselemente 33 auf den Holzlatten 27, die auf der Aussenseite der Wärmedämmschicht 2 angebracht sind. Entlüftungslöcher 36 (Figur 2) sorgen für eine ausreichende Entlüftung und Feuchtigkeitsabfuhr aus dem Luftkanal 23. Die Wandverkleidungselemente 33 können ebenfalls mit Ausdehnungssicken versehen sein. Im Ausführungsbeispiel nach Figar 4 liegt der Lufteinlass 20 unterhalb der Firstabdeckung 10 an schnee-und wettergeschützter Stelle. Von diesem Lufteinlass 20 führt ein Luftkanal 22", 22' zwischen der Dach-Wärmedämmschicht 7 und den Dachziegeln 6,vorzugsweise lichtdurchlässige Dacheindeckung nach unten. In den Luftkanälen 22',22" sind Verdampferrohre 25 angeordnet, die in der in Figur 5 gezeigeten Weise befestigt sind. Die Verdampferrohre 25 verlaufen vorzugsweise quer zu den Luftkanälen 22',22" und bilden eine Rohrschlange (vgl. strichpunktierte Linie 25' in Figur 5). Die Verdampferrohre 25 sind mit einer Verdampferfläche 26 verbunden (Figur 5), die aus Metall, vorzugsweise Aluminium, besteht und so für einen guten Wärmekontakt, der zwischen dem in den Verdampferrohren 25 fliessenden Kältemittel und dem Luftstrom in den Luftkanälen 22", 22' entsteht, sorgt. Bei der Montage wird die Verdampferfläche 26 beispielsweise auf Holzlatten (bzw. Dachsparren 21) mittels Nägeln oder Schrauben 28 so befestigt (vgl. Figur 5), dass das Verdampferrohr 25 umfasst ist. Die Verdampferfläche 26 ist mit einer Vorspannung so verformt, dass sich beim Ausrollen die klammerartigen Profile um das Verdampferrohr 25 herumlegen und dieses fest umfassen. In der Betriebsphase kühlt das Kältemittel die Verdampfer 25/26, 25/31 und 25/33 ab und entzieht der Luft aus dem Luftkanal 22, 22", 22' und 23 die Wärme, die Luft wird dadurch schwerer und sinkt nach unten ab. Die aus dem Gebäudeinneren abgegebene Wärme wird auf der gesamten Fläche von dem Verdampfer 25/26, 25/31, 25/33 aufgenommen. Wesentlich an der beschriebenen Verdampfer-und Hinterlüftungsanordnung ist unter anderem die wettergeschützte Anordnung der Luftein-und -auslässe, so dass auch bei extremen Wetterbedingungen ein einwandfreies Funktionieren des Systems gewährleistet ist. Figur 6 und 7 zeigen den Verdichter 40 der Wärmepumpenanlage. Der Motor 48 treibt über die Antriebswelle 58 die Stösselwalze 42 an, die mittels der Lager 51a und 51d im Gehäuse 49 gelagert ist. Die Kolbenwalze 41 wird durch das Zahnrad 50 über das Zahnrad 55 gesteuert und/oder angetrieben. Der Stössel 44 der Stösselwalze 42 drückt den Kolben 43 in die Kolbenwalze 41 zu der Hohlachse 56 hin und vollzieht einen Verdichtungsprozess. Nach Beendigung des Vorganges schliesst das Druckventil 46. Beim Weiterdrehen beider Walzen verlässt der Stössel 44 den Verdichtungsraum 59 und gibt die Saugöffnung 47 frei. Durch die Saugöffnung 47 strömt das zu verdichtende Medium in den Verdichtungsraum 59 und der Kolben 43 wird durch die, von der rotierenden Kolbenwalze 41 erzeugte Fliehkraft nach aussen gedrückt und der Verdichtungsraum 59 füllt sich mit dem zu verdichtenden Medium. Bevor der Stössel 44 den Verdichtungsraum 59 vollends verlässt, folgt mit nachfolgendem Stössel 44 ein weiterer Verdichtungsprozess. Durch das Druckventil 46 wird das verdichtete Medium in die Hohlachse 56 gedrückt, die an der einen Seite offen ist und mit der Dichtung 52 von dem übrigen Gehäuse 49 abgedichtet, in der Druckkammer 60 der Druckleitung 54 endet. Das verdichtete Medium strömt sodann aus der Hohlachse 56 in die Druckleitung 54. Durch die Saugleitung 53, die auch direkt an dem Gehäuse 49 angebracht und/oder in diese münden kann, wird das zu verdichtende Medium angesaugt. Der Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 ( Figur 9 ) der Wärmepumpenanlage besitzt innerhalb eines Heizkörperbehälters 63, welcher mit Speicherwasser 64 gefüllt ist, Kondensationskanäle in Form von Rohren, in denen das Kältemittel kondensiert und seine Kondensationswärme an das Speicher wasser 64 abgibt. Das Speicherwasser 64 wird über eine regelbare Wasser-Zuflussleitung 65 auf konstantem Volumen gehalten. In der Ausführung nach Figur 8, in der die Heizkörperbehälter 63, 63', 63" druckdicht geschlossen sind, erfolgt der Zufluss von Wasser über einen Druckminderer 66, wobei ein Überdruck durch ein Überdruckventil 67 verhindert wird. Der Ausgang des in dieser Ausführung zugleich als Brauchwasser verwendeten Speicherwassers 64 erfolgt über eine Wasser-Abflussleitung 68. Um einzelne , hintereinandergeschaltete Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 auch abschalten oder auf verminderte Temperatur betreiben zu können, ist eine mit einem Thermostatventil 70 gesteuerte Überbrückungsleitung 69 vorgesehen. Die Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 können über Schnellkupplungsanschlüsse 78 und 79 auf einfache Weise an einen Kältemittelverdampfer angeschlossen werden. Jeder Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 besteht aus einem für Heizzwecke geeigneten Heizkörperbehälter 63, der so mit Speicherwasser 64 angefüllt ist, dass eine für Kältemittelkondensation geeignete Rohrleitung im Speicherwasser 64 eingetaucht ist. Weiterhin sind - jedoch vom Speicherwasser 64 getrennt - in dem Heizkörperbehälter 63 integriert oder an dem Heizkörperbehälter 63 noch zusätzlich angebracht: Ein Kältemittelverdichter 80, ein Kältemittelsammler 81, ein Entspannungsventil 88, zwei Absperrventile 82, 83 sowie zwei Schnellkupplungen 78, 79. Das von dem Verdichter 80 erhitzte Kältemittel strömt durch die Kondensationsrohre 62 und erhitzt das Wasser. Die Fliessrichtung des Kältemittels ist so gewählt, dass das heisse Kältemittel den Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 vom oberen Bereich 86 zum unteren Bereich 77 durchfliesst und dabei die Wärme abgibt. Auf diese Art und Weise wird gewährleistet, dass das Kältemittel nach vollständiger Abgabe der Wärme wieder in einen der Verdampfer der Wärmepumpenanlage gelangt. Wird der Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 an eine Wasser-Zuflussleitung 65 angeschlossen und ausserdem noch an eine Wasser-Abflussleitung 68 die zu einer Heisswasser Verbrauchsanlage 87 führt, so ist der Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 gleichzeitig als Warmwasserbereiter zu nutzen. Um ein möglichst grosses Volumen angespeicherten Wassers zu erreichen, ist es zweckmässig, mehrere Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 miteinander so zu verbinden, dass nur die Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 an Heisswasser-Verbrauchsanlagen Wasser abgeben, die in Betrieb sind. Man kann das mittels Parallelschaltung oder mittels Hintereinanderschaltung erreichen, jedoch bei einer entsprechenden Überbrückungsleitung 69 und Absperrventilen 82, 83 bei jedem einzelnen Kältmittelkondensations-Heizkörper 61. Um eine entsprechende Sicherheitseinrichtung zu schaffen, ist es notwendig, einen regulierbaren Druckminderer 66 und ein Uberdruckventil 67 in den Wasserkreislauf einzubauen. In der Ausführungsform nach Figur 9 dient der Kältemittelkondensations-Heizkörper 61 zugleich als Luftbefeuchter. Seine Wasser-Zuflussleitung 65 hält den Stand des Speicherwassers 64 mittels eines Schwimmerventils 76 auf konstanter Höhe. Durch in Anzahl und/oder Querschnitt je nach gewünschter Luftfeuchtigkeit verstellbare Wasserverdunstungs öffnungen 75 mit Verdunstungsöffnungsschiebers 71 an der Oberseite des Heizkörperbehälters 72 erfolgt eine ständige Feuchtigkeitsabgabe an die Raumluft. Durch Einziehen einer nicht dargestellten Zwischenwand kann der obere Bereich des Heizkörperbehälters 74 als Wasserverdunster und der untere Bereich des Heizkörperbehälters 73 als Durchlauferhitzer und/oder als Heisswasserspeicher arbeiten. Figur 10 zeigt bei der Schalteinrichtung der Wärmepumnen- anlage, wie das Magnetventil 99, das vor dem Entspannungsventil 92 in einem Kältemittelkreis angebracht ist, und über die Anschlusskabel 98 vom Thermostat 95 abgeschaltet wird. Der Verdichter 91 bleibt so lange weiter in Betrieb, bis dieser den Verdampfer 93 leergesaugt und das Kälte mittel in den Kondensator 94 gedrückt hat. Der in der Saug- leitung loo angeordnete Druckschalter 96 reagiert bei einem entsprechend eingestellten Unterdruck und schaltet über die Anschlusskabel 97 den Verdichter 91 ab. Bei Inbetriebnahme wird das Magnetventil 99 über die Anschlusskabel 98 vom Thermostat 95 eingeschaltet. Das flüssige Kältemittel strömt über das Entspannungsventil 92 in den Verdampfer 93 und verdampft dort. In dem Verdampfer 93 entsteht Druck und betätigt den Druckschalter 96 in der Saugleitung 100. über die Anschlusskabel 97 wird der Verdichter 91 in Betrieb gesetzt. Figur 11 zeigt zwischen einem Aussenraum 1o1 und einem Innenraum 102 ein Fenster-Wärmenumpeneinbauteil 103 der Wärmepumpenanlage, aus einer äusseren Scheibe 104, einer mittleren Scheibe 105 und einer inneren Scheibe 1o6 und aus einem Fensterrahmen 107, in den die Scheiben 104, 105 und 1o6 eingesetzt sind. Zwischen den Scheiben 104 und 105 sowie zwischen den Scheiben 105 und 1o6 besteht ein Luftkanal 1o8 bzw. 109. Im unteren Teil des Fensterrahmens 107 ist eine Lufteinlassöffnung 11o vorgesehen, durch die Zu luft von der Aussenatmosphäre des Aussenraumes 1o1 in den Luftkanal 108 strömen kann. Der Fensterrahmen 107 ist in einen-Blendrahmen 111 eingesetzt, wobei Dichtungsleisten 112, 113 einen luftdichten Abschluss zwischen dem Fensterrahmen 107 und dem Blendrahmen 111 gewährleisten. Der untere Teil des Blendrahmens 111 ist mit einem Dämmstoff 114 ausgestattet, ggf. kann ein solcher Dämmstoff auch am oberen Teil des Blendrahmens 111 vorgesehen werden.Im oberen Teil des Blendrahmens 111 sind im Anschluss an den durch den Fensterrahmen 107 führenden Luftkanal 108 ein Verdampfer 115 und anschliessend an diesen einen Querlüfter 116 vorgesehen. Die durch den Querlüfter 116 aus dem Luftkanal 108 angesaugte Luft wird ia den Luftkanal 109 gedrückt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird auch der Abluft Wärme von dem Verdampfer 117 entzogen, der im Kältemittelkreis des Fenster-Wärmepumpeneinbauteils 103 liegt. Der Verdampfer 117 ist unterhalb des Fenstersturzes 119 angeordnet, wärend zur Vereinfachung der Zeichnung die Fensterbank nicht dargestellt ist. Am unteren Ende des Luftkanals 109 ist ein durch den Verdichter 128 erhitzter Kondensator 120 vorgesehen, durch den die Zuluft vom Querlüfter 116 gefördert wird, damit diese erwärmt in den Innenraum 102 abgegeben werden kann. Die ScheIbe 106 kann auch weggelassen werden. Dann wird ein Kondensator 121 am oberen Ende des Rahmens 111 angebracht; dieser Kondensator 121 arbeitet in gleicher Weise wie der Kondensator 120: d.h., der Querlüfter 116 fördert die Luft durch den erhitzten Kondensator 121 in den Innenraum 102. Diese Ausführungsform ist besonders auch für Türen geeignet. Mit dem erfindungsgemässen Fenster-Wärmepumpeneinbauteil 103 wird die aus dem Innenraum 102 durch die Scheibe 104, 105 und ggf. 106 in den Aussenraum 101 austretende Wärme wie folgt zurückgewonnen: die von dem Querlüfter 116 über die Lufteinlassöffnung 110 angesaugte Luft strömt über den hohl ausbebildeten unteren Teil des Fensterrahmens 107 in den Kanal 108 und steigt zwischen den Scheiben 104 und 105 nach oben und nimmt so die über die gesamte Fensterfläche austretende Wärme auf, um nachfolgend von dem Verdampfer 115 entzogen zu werden. Die von dem Verdampfer 115 der Zuluft entzogene Wärme wird von dem Verdichter 128 auf ein höheres Niveau gebracht und dem Kondensator 120 ggf.121 zugeführt, um diesen zu erhitzen, wobei die von dem Querlüfter 116 zugeführte Luft an dem erhitzten Kondensator 120 ggf. 121 vorbeistreift, sich erhitzt und in den zu beheizenden Raum gelangt. Wie bereits näher erläutert, kann ein Kondensator 121 auch direkt dem Querlüfter 116 nachgeschaltet werden, wie dies mittels Strichlinien angedeutet am Kodensator 121 dargestellt ist. Figur 12 zeigt, wie der Verdampfer 115 und 117, der Verdichter 128, das Expansionsventil 127 und der Kondensator 120 und 121 in vorteilhafter Weise in einem Fenster untergebracht sindum somit das Fenster-Wärmepumpeneinbauteil 103 zu bilden. Der Kältemittelkreis führt vom Verdampfer 115 bzw. vom Verdampfer 117 über Leitungen 125,126 zu dem Verdichter 128, in dem das Kältemittel komprimiert und dadurch erhitzt wird. Die Leitung 129 führt das erhitzte Kältemittel zum Kondensator 120 bzw. 121, damit die Zuluft in erwärmtem Zustand an den Innenraum 102 abgegeben werden kann. Es ist auch möglich, den Kondensator 120 als Verdampfer zu nutzen und zusammen mit dem Verdampfer 115 und 117 als Verdampfereinheit der Wärmepumpenanlage zu gebrauchen. In der Leitung 129 ist das Entspannungsventil 127 angeordnet, das das Kältemittel entspannt und abkühlt, bevor das Kältemittel wieder in die Leitung 125,126 gelangt, um mittels der Verdampfer 115,117 erneut verdampft zu werden. Die Erfindung ermöglicht so ein Wärmepumpen-Einbauteil für Fenster, mit dessen Hilfe praktisch die über die gesamte Fläche eines Fensters oder einer Tür abgegebene Wärme zurückgewonnen werden kann. Dabei ist die Konstruktion des Fensters und der Tür an keine bestimmte Art gebunden. Das Gleiche trifft auch für die Art und Beschaffenheit einzelner Bestandteile von Fenster und Tür zu. Figur 13 zeigt die erfindungsgemässe Wärmepumpenanlage in ihrer Gesamtheit, wobei die vorher beschriebenen Einzelmerkmale in ihrer Zusammenwirkung schematisch dargestellt sind. Sämtliche in den Unterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims: Patentansprüche 1.Wärmepumpenanlage zur Wärmerückgewinnung und verbesser ten Energieaufnahme aus der Umgebungsatmosphäre dadurch gekennzeichnet, dass zur verbesserten Energieaufnahme von elektrischem Strom und Wärme auf den Gebäudenaussen flächen, mit Solarzellen bestückte Verdampfer angebracht sind, die an einen Kältemittelkreis angeschlossen, wo bei dieser die gewonnene Wärme an einen Verdichter(40, 80,91,128,)leitet der auf dem Wege der Kondensation die Wärme direkt in die zu beheizenden Räume abgibt und mittels der Solarzellen, die von Verdampfern abge kühlt werden, damit sie vermehrt Strom erzeugen, der zum Antrieb der Verdichter(40,80,91,128,)gebraucht wird. 2.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeich net, dass die Verdampferrohre (25) in die von der Ge bäudeaussenfläche bzw. Dämmstoffschicht (2,7) beab standete Verkleidung (33), Dacheindeckung (31) bzw. Verdampferfläche (26) so intergriet sind, dass die Ver kleidung (33), die Dacheindeckung (31) bzw. die Ver dampferfläche (26) zusammen mit dem Verdampferrohr (25) Verdampfer (25/33; 25/31; 25/26) für die Wärmepumpen anlage bilden. 3.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekenn zeichnet, dass an der Gebäudeaussenseite Verdampfer flächen in Form von Dacheindeckung (31) und/oder Fas sadenverkleidung (33) und/oder Verdampferfläche (26) angebracht sind, die so mit Solarzellen bestückt sind, dass eine gute Kühlmöglichkeit der Solarzellen erziel bar ist. 4.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 3 dadurch ge kennzeichnet, dass die Verdampferfläche (26) so geformt ist, dass sie sich durch einfaches Abrollen um die Ver dampferrohre (25) legt, so dass diese von der Verdampfer fläche (26) greifend umklammert sind. 5.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 4 dadurch ge kennzeichnet, dass die Verdampfer (25/33; 25/31; 25/26) für Gebäudeaussenflächen von einer Dämmstoffschicht(2;7) beabstandet so angebracht sind, dass der so entstandene Zwischenraum zwischen Verdampfer (25/33; 25/31; 25/26) und Dämmstoffschicht (2;7) den Luftkanal (22; 22'; 22"; 23) bilden, der mit der Aussenatmosphäre so über den Lufteinlass (20) und Luftauslass (29;30) in Verbindung steht, dass eine einwandfreie Luftzirkulation entsteht. 6.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 5 dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage auch mit Ver dampferflächen anderer Art und Anordnung ausstattbar ist. 7.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 6 dadurch ge kennzeichnet, dass der Verdichter (40) der Wärmepumpen anlage eine Walze aufweist, in der Kolben (43) einge lassen sind und diese insgesamt mit der Walze die Kolbenwalze (41) ergeben. 8.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 7 dadurch gekennzeich net, dass der Verdichter (40) eine zweite Walze auf weist, an der Stössel (44) angebracht sind, wobei die Drehbewegung beider Walzen die Stössel (44) der Stössel walze (42) in die Kolbenwalze (41) so eindringen,dass die Kolben (43) eine Schubbewegung ausführen. 9.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 7 und 8 dadurch ge kennzeichnet, dass der jeweilige Kolben (43) nach einem Verdichtungsprozess durch die Fliehkraft,die die rotie rende Kolbenwalze (41) erzeugt, auf die Ausgangsposi tion zurückgestellt wird. 10. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 7 bis 9 dadurch ge kennzeichnet, dass der Stössel (44) so auf den Kolben (43) auftrifft, dass der Stössel (44) die Saugöffnung (47) schlie3t und beide, der Stössel(44) und die Saugöffnung (47), ein Saugventil bilden. 11. Wärmenpumpenanlage nach Anspruch 7 bis 10 dadurch ge kennzeichnet, dass die Hohlachse (56) der Kolbenwalze (41) zugleich Zuleitung zur Druckleitung (54) ist. 12. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 7 bis 11 dadurch ge kennzeichnet, dass der gesamte Verdichter (40) der Wärmenpumpenanlage von einer Verdampfereinheit um geben ist. 13. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 6 und 12 da durch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage auch mit einem Verdichter anderer Art ausstattbar ist. 14. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 13 dadurch ge kennzeichnet, dass der Kondensator der Wärmepumpen anlage in einem geschlossenen, mit Speicherwasser (64) gefüllter Heizkörperbehälter (63) eingetaucht ist und dabei den Kältemittelkondensations-Heiz körper (61) bildet zur Wärmespeicherung und Wärme abgabe. 15. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 14 dadurch gekenn zeichnet, dass der Kältemittelkondensations-Heizkör per (61) der Wärmepumpenanlage einerseits an eine Wasser-Zuflussleitung (65) und andererseits an mindes tens eine Wasser-Abflussleitung (68) bzw. an eine Heisswasser-Verbrauchsanlage (87) angeschlossen ist. 16.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 14 und 15 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kältemittelkondensations Heizkörper (61) parallel geschaltet an eine Wasser Zuflussleitung (65) und -Abflussleitung (68) zumindest einer Heisswasser-Verbrauchsanlage (87) angeschlossen sind. 17.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 14 bis 15 dadurch ge kennzeichnet, dass mehrere Kältemittelkondensations heizkörper (61) hindereinander geschaltet an eine Wasser-Zuflussleitung (65) und -Abflussleitung (68) zu mindest einer Heisswasser-Verbrausanlage (87) ange schlossen sind. 18.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 14;15 und 17 dadurch gekennzeichnet, dass eine thermoventilgesteuerte Uber brückungsleitung (69) zwischen der Wasser-Zuflusslei tung (65) und -Abflussleitung (68) des Kältemittelkon densationsheizkörpers (61) vorgesehen ist. 19.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 14 dadurch gekenn zeichnet, dass der Heizkörperbehälter (63) an seiner Oberseite (72) Wasser- Verdunstungsöffnungen (75) aufweist, die in ihrem Querschnitt und /oder ihrer Anzahl mit tels Hand- oder Raumluftfeuchtigkeits-Regler verstell bar sind, wobei das Schwimmerventil (76) in der Wasser-Zuflussleitung (65) den Zufluss des Wassers bei Erreichen eines einstellbaren maximalen Wasserstandes im Heizkörperbehälter (63) nachreguliert. 20.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 14 bis 19 dadurch ge kennzeichnet, dass das Kondensationsrohr (62) mit einem zweiten Rohr des Kältemittelkondensations-Heizkörpers (61) oder Kunstoffschlauch oder dergl. so ummantelt ist, dass ein Durchflussabstand einer entsprechenden Durchflussmenge gewährleistet ist, wobei der Durchfluss abstand an eine Wasser-Zuflussleitung (65) und-Abfluss (68) angeschlossen ist und somit als Durchlaufer hitzer genutzt wird. 21. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 20 dadurch ge kennzeichnet, dass in dem Heizkörperbehälter (63) oder an dem Heizkörperbehälter (63) angebaut, alle für einen Wärmepumpenbetrieb notwendigen Teile, näm lich Verdichter (80), Kältemittelsammler (81), Ent spannungsventil (88), mit Ausnahme jedoch des Ver dampfers, angeordnet sind. 22. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkondensations Heizkörper (61) der Wärmepumpenanlage auf als Ver dampf er arbeitende Kondensationsrohre (62) umschalt bar ist, wobei mit Frostschutzsicherungseinrichtun gen der Kältemittelkondensations-Heizkörper (61) bei Umkehrung des Arbeitsprinzips auch zum Kühlen von Räumen genutzt wird 23. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörperbehälter (63) der Wärmepumpenanlage zwei Bereiche aufweist, wobei der eine Bereich zur Heisswasserbereitung genutzt wird und der andere Bereich, getrennt vom ersten Bereich, an seinem oberen Bereich (74) an der Oberseite des Heizkörperbehälters (72) Wasser-Ver dunstungsöffnungen (75) aufweist. 24. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 13 dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage auch mit einem Kondensator anderer Art ausstattbar ist. 25. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 24 dadurch ge kennzeichnet, dass zur Vermeidung von Flüssigkeits ansammlungen im Verdampfer (93) des geschlossenen Kältemittelkreises der Wärmepumpenanlage bei Be triebsstillstandsphasen die Schalteinrichtung zur Abschaltung der Wärmepumpenanlage zuerst das Magnet ventil (99) den Kältemittelfluss unterbricht, sodann der Verdichter (91) den Verdampfer (93) leersaugt und das Kältemittel in den Kondensator (94) drückt (bzw. Kältemittensamnler), so dass bei entstehendem Unter druck im v'erdampfer (93) der in der Saugleitung (100) angeordnete Druckschalter (96) den Verdichter (91) abschaltet. 26.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 bis 25 dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage als Wärmepum pen - Einbauteil für Gebäudeöffnungen, vorzugsweise für Fenster und Türen, auch von Fahrzeugen oder dergl. vorgesehen, wobei ein Fenster aus wenigstens zwei Scheiben besteht, die voneinander im Abstand ange ordnet sind und zwischen sich den Luftkanal (108) bilden, der an einem Ende mindestens eine Lufteinlass öffnung (110) zur Aussenatmosphäre hat, so dass Zuluft durch den Luftkanal (108) hindurchströmt und am anderen Ende des Luftkanals (108) mindestens ein Verdampfer (115), ein Kondensator (120), ein Ver dichter (128) und ein Entspannungsventil (127) in einem Fenster integriet sind und zusammen das Fenster Wärmepumpeneinbauteil (103) ergeben. 27.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 26 dadurch ge kennzeichnet, dass bei dem Fenster-Wärmepumpeneinbau teil (103) die Lufteinlassöffnung (110) unterseits angeordnet ist und dass am anderen Ende des Luftkanals (108) ausserdem der Querlüfter (116) zur Zwangsum wälzung der Zuluft vorgesehen ist. 28.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 26 dadurch gekenn zeichnet, dass bei dem Fenster-Wärmepumpeneinbauteil (103) an der unterseits angeordneten Lufteinlass öffnung (110) der Querlüfter (116)oder ein Ventilator zur Z-angsurnwälzung der Zuluft vorgesehen ist. 29.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 26 bis 28 dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Fenster-Wärmepumpenein bauteil (103) eine weitere Scheibe (106) den Luft kanal (109) auf der Seite des Innenraumes (102) fort setzt. 30.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 26 bis 29 dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Fenster-Wärmepumpenein bauteil (103) die Zuluft über den am oberen Teil des Blendrahmens (111) angebrachten Kondensator (121) an den Innenraum (102) abgegeben wird. 31.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 26 bis 30 dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Fenster-Wärmepumpeneinbau to lO3)die Abluft(118) aus dem Innenraum (102) über einen weiteren Verdampfer (117) an den Aussenraum (101) abgeführt wird. 32.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 26 bis 31 dadurch ge kennzeichnet, dass bei dem Fenster-Wärmepumpeneinbau teil (103) der Kondensator (120) oder (121) über ein Umschaltventil als Verdampfer zu schalten ist und mit den Verdampfern (115) und (117) eine Verdampferein heit für Wärmepumpenanlagen bildet. 33.Wärmepumpenanlage nach Anspruch 26 bis 32 dadurch ge kennzeichnet, dass der Querlüfter (116) oder Ventilator die Zuluft über den Verdampfer (115) ansaugt und so gleich durch den Kondensator (121) oder (120) drückt.

Inventors: PFEIFER, JOHANN B.
Applicants: PFEIFER, JOHANN B.
Application year: 1983
Main classification: F24J3
IPC codes: F24J2, F24D19, F24D11, F25B30, F04B27