DE3228956A1

DE3228956A1 - Apparatus for heating industrial and heating water

Info

Publication number: DE3228956A1
Application number: DE19823228956
Authority: DE
Inventors: Karl 62000 Maribor Fokter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1983-04-28
Also published as: FR2511129A1; CS236778B2; AT390320B; IT1155597B; YU191381A; DE3228956C2; YU42025B; FR2511129B1; IT8267987A0; ATA298982A

Description

Müller, Schupfnef & Qauser Postfach 80 13 69 D-BOOO München 80Müller, Schupfnef & Qauser P.O. Box 80 13 69 D-BOOO Munich 80

Hans-JürgenMulier ooooqcc GecbariTD. Ssfcupfner ££5.1?.? Hans-Peter Gauger |7:/.~::. ... Patentanwälte European Patent Attorneys Mandataires en brevets europäensHans-JürgenMulier ooooqcc GecbariTD. Ssfcupfner ££ 5.1?.? Hans-Peter Gauger | 7: /. ~ ::. ... Patent Attorneys European Patent Attorneys Mandataires en brevets europens

Or -Ing Robert PoschenriederOr -Ing Robert Poschenrieder

(1931 - 1972) ' Or -Ing Elisabeth Boettner(1931-1972) ' Or -Ing Elisabeth Boettner

(1963- 1975)(1963-1975)

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller Dlpl.-Chem. Dr Gerhard Schupfner· DIpI.-Ing Hans-Peter GaugerDipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller Dlpl.-Chem. Dr Gerhard Schupfner DIpI.-Ing Hans-Peter Gauger

Postfach 80 13 69 Lucile-Grahn-Straße 38 D-8O00 München 80P.O. Box 80 13 69 Lucile-Grahn-Straße 38 D-8O00 Munich 80

Telefon- (0 89) 4 70 60 55/56 Telex: 05 23016 Telegramm / cable Zetapatent MünchenTelephone- (0 89) 4 70 60 55/56 Telex: 05 23016 Telegram / cable Zetapatent Munich

Ihr Zeichen / Your ref.Your reference / Your ref. Unser Zeichen / Our ref.Our reference / Our ref.

Fok-2985Fok-2985

München / Munich,Munich / Munich,

3. August 19823rd August 1982

Betrifft:/.Ref.Subject: /. Ref.

Anwaltsakte: Fok-2985Legal file: Fok-2985

KARL FOKTER, 62000 MARIBOR (JUGOSLAWIEN)KARL FOKTER, 62000 MARIBOR (YUGOSLAVIA)

Vorrichtung zum Aufheizen des Nutz- und HeizwassersDevice for heating the utility and heating water

Konten:Accounts:

StadtspariuM« München: 29 -16 73 50 (BU 701 50000)StadtspariuM "Munich: 29 -16 73 50 (BU 701 50000) Poeticheck München. 27 66 88 - 80β (BLZ 700 100 80)Poeticheck Munich. 27 66 88 - 80β (bank code 700 100 80)

'Buro/OflceHarnburg: KarWiB«5, 0-2110Buchhote TeMort (041 18)44 57 TeMxOZ 18Θ330'Office / OflceHarnburg: KarWiB «5, 0-2110 Buchhote TeMort (041 18) 44 57 TeMxOZ 18-330

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speichervorrichtung zur Aufbereitung warmen Nutz- und/oder Heizwassers vorzugsweise mittels Umgebungsenergie, mit Wasser als Wärmespeichermittel und zumindest einem Wärme-Kollektor und einer Wärmepumpe, deren Kondensator sowie Verdampfer im Nutzwasser selbst eingetaucht sind.The invention relates to a storage device for processing warm utility and / or heating water, preferably by means of ambient energy, with water as a heat storage medium and at least one heat collector and a heat pump, whose condenser and evaporator are immersed in the service water itself.

Es sind Vorrichtungen zum Aufheizen des Nutzwassers mittels Sonnenwärme bekannt geworden. Sie bestehen aus einem Speicherkessel und einem Solar-Kollektor. Derartige Anlagen sind ökonomisch, wenn es verhältnismässig ausreichend Sonnenenergie durch das ganze Jahr gibt. Wenn aber solche Bedingungen nicht gegeben sind, muss die Nutzfläche der Solar-Kollektoren und/ oder der Inhalt des Speicherkessels gross sein, was die Kosten erhöht und die Rentabilität der Anlage beeinträchtigt.Devices for heating the domestic water by means of solar heat have become known. They consist of a storage tank and a solar collector. Such systems are economical, when there is relatively sufficient solar energy throughout the year. But if such conditions are not are given, the usable area of the solar collectors and / or the contents of the storage tank may be large, which is the cost increases and affects the profitability of the plant.

Es sind auch Einrichtungen zum Aufheizen des Nutzwassers mittels Wärmepunpen bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Kessel und einer Wärmepumpe (Wasser/Luft oder Wasser/Wasser). Diese Einrichtungen sind entweder als z.B. in Kesselräume einsetzbare kompakte Einheiten oder aber als getrennte Baugruppen gefertigt. Bei den letzteren wird mit der Wärmepumpe ein Raum gekühlt, während der Kessel in einem anderen Raum angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Einrichtung auch zur Kühlung verwendet. Mit diesen Einrichtungen werden eigene Wärmeverluste unter der Verwendung wertvoller Elektroenergie gedämmt. Es ist günstiger, wenn um bessere wärmedämmende Isolation gesorgt wird.There are also known devices for heating the utility water by means of heat pumps. They essentially consist of a boiler and a heat pump (water / air or water / water). These devices can either be used as e.g. in boiler rooms compact units or manufactured as separate assemblies. With the latter, a room is cooled with the heat pump, while the boiler is located in another room. In this way, the device is also used for cooling. With these facilities, own heat losses are insulated using valuable electrical energy. It is cheaper if better thermal insulation is provided.

Seitens der Firma ARISTON wurde für Gebiete mit mildem Klima eine Einrichtung zum Aufheizen des Nutzwassers mittels der mit der Wärmepumpe direkt der Umgebung abgezogenen Energie entwickelt. Bei dieser Einrichtung ist der Verdampfer als ein anFor areas with a mild climate, the ARISTON company has developed a device for heating the service water by means of the the heat pump develops energy extracted directly from the environment. With this setup, the vaporizer is on as one

der Aussenwand des Gebäudes angeordneter Wärme-Kollektor ausgefüiirt. Trotz den energietechnischen Vorteilen weist diese Ausführung den Nachteil auf, dass der Wärme-Kollektor nicht starker Sonne ausgesetzt werden darf, denn in diesem Fall würde es zum Zerstören der Wärmepumpe kommen; und die Installation sowie das Füllen des Systems mit Kühlmittel müssen an Ort und Stelle seitens eines Fachmanns der Kühltechnik in zeitraubendem, d.h. aufwendigem, Montageverfahren durchgeführt werden.the outer wall of the building arranged heat collector. Despite the energy-related advantages, this version has the disadvantage that the heat collector does not may be exposed to strong sun, because in this case the heat pump would be destroyed; and the installation as well as filling the system with coolant must be carried out on site by a specialist in cooling technology in a time-consuming, i.e. a complex assembly process must be carried out.

Aus den Einrichtungen zum Aufheizen des Wassers mittels Solar-Kollektoren und den auf Wärmepumpen basierenden Aufheizeinrichtungen werden sog. mono- oder polyvalente kombinierte Anlagen zum Wasseraufheizen entwickelt, welchen Anlagen nur der Kessel gemeinsam ist, während der Solar-Kollektor und der Wärmeaustauscher der Wärmepumpe gegenseitig getrennte Einheiten sind, die jeweils auf einen eigenen Wärmeaustauscher, der im Kessel angeordnet ist, angeschlossen sind. In einen solchen Kessel können auch Wärmeaustauscher zum Aufheizen des Wassers mittels Zentralheizungskessel oder elektrische Wärmer eingebaut werden. Selbstverständlich handelt es sich bei solcher Ausführung trotz universeller Verwendungsmöglichkeit um eine aufwendige Lösung, da gleiche Elemente nicht für mehrere Zwecke verwendet werden. Die Aufstellung grösserer Anzahl voneinander getrennter Elemente zur Ausnutzung der Energie aus der Umgebung erfordert jedoch auch mehr Raum, welchen es i.allg. nicht gibt.From the facilities for heating the water by means of solar collectors and the heating devices based on heat pumps become so-called mono- or polyvalent combined systems Developed for water heating, which systems only have the boiler in common, while the solar collector and the heat exchanger of the heat pump are mutually separate units, each of which is connected to its own heat exchanger located in the boiler. In such a cauldron Heat exchangers can also be installed to heat the water using central heating boilers or electrical heaters. Of course, this type of design is a complex solution, despite its universal use. because the same elements are not used for multiple purposes. The installation of a larger number of separate elements However, to use the energy from the environment also requires more space, which is generally not there.

Es sind auch solche Anlagen bekannt geworden, bei welchen es mittels Automatik und der Regelventile sowie grösserer Anzahl ganz abgetrennt angeordneter Wärmeaustauscher möglich ist, den Wärme-Kollektor derweise einzuschliessen, dass er entweder das Nutz- oder Heizwasser direkt oder indirekt über eine Wärmepumpe aufheizt oder aber dass die Wärmeenergie in einem besonderen Wärmespeicher gespeichert wird. Diese Anlagen sind sowohl hinsichtlich der Ausführung einschl. der Automatisierung als auch hinsichtlich der Raumerfordernisse anspruchsvoll und sind somit für kleinere Ausführungen nicht geeignet.Such systems have also become known in which there is an automatic system and control valves as well as larger numbers completely separated arranged heat exchanger is possible to include the heat collector in such a way that it either the utility or heating water heats up directly or indirectly via a heat pump or that the heat energy in a special Heat storage is stored. These systems are both in terms of execution including automation also demanding in terms of space requirements and are therefore not suitable for smaller designs.

Aus der EU-OS Nr. O33 53O A1 unter dem Titel "Einrichtung zur Raumklimatisierung und/oder Wärmenutzung unter Verwendung von Umgebungsenergie" ist ein System zur Raumaufheizung und Nutzwasserauf bereitung mittels der der Umgebung direkt oder durch eine Wärmepumpe indirekt abgenommenen Energie bekannt. Dieses System ist darin nachteilig, dass das Nutzwasser, das immer kühl in die Einrichtung einströmt, im wärmsten Teil des Wärme-Speichers aufgeheizt wird, weswegen erheblich mehr Primärenergie eingegeben werden muss als im Fall, wenn das Nutzwasser auch im Bereich niedriger Temperaturniveaus auf dem Prinzip des Gegenstrom-Wärmeaustauschers aufgeheizt wäre.From the EU-OS No. O33 53O A1 under the title "Institution for Room air conditioning and / or heat utilization using Ambient energy "is a system for heating rooms and domestic water preparation by means of the energy taken from the environment directly or indirectly through a heat pump. This The system is disadvantageous in that the utility water, which always flows into the facility in a cool state, is in the warmest part of the heat storage tank is heated, which is why considerably more primary energy has to be entered than in the case when the utility water is also in the Area of low temperature levels based on the principle of the countercurrent heat exchanger would be heated up.

Die Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine einfach aufgebaute und gedrungene Vorrichtung zum Aufheizen des Nutz- und Heizwassers mit grösstmöglicher Ausnutzung der Umgebungsenergie zu schaffen, so dass dieselben Elemente mehreren Zwecken dienen und im breitesten Sinne das System der Gegenstrom-Wärmeaustauscher verwendet ist, wodurch eine gegenüber den bekannten Lösungen wirtschaftlichere Vorrichtung erzielbar ist.The object of the invention is therefore to provide a simply constructed and compact device for heating the utility and heating water with the greatest possible utilization of the ambient energy to create so that the same elements serve several purposes and in the broadest sense the system of countercurrent heat exchangers is used, whereby a compared to the known solutions more economical device can be achieved.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Aufheizen des Nutz- und Heizwassers als eine selbständige Baugruppe ausgeführt ist, die einen aufrecht gestellten Warmwasserkessel, in dessen unteren Teil ein besonders entworfener, mit diesem verbundener Gegenstrom-Wärmeaustauscher angeordnet ist, der mehrere Funktionen vereinigt und die Fähigkeit besitzt, der billigeren Energie alle übrigen nachzustellen, sowie einen besonders entworfenen Kondensator der Wärmepumpe und eine gravitationsweise Kühlung des Motorkompressors aufweist, die derart ausgeführt sind, dass die Wärmeenergie immer im Bereich des höchsterreichten Temperaturniveaus abgegeben wird.This object is achieved according to the invention in that the device for heating the utility and heating water as a Independent assembly is carried out, which has an upright hot water boiler, in the lower part of which a special designed countercurrent heat exchanger connected to this, which combines several functions and capabilities has the ability to replicate all the rest of the cheaper energy, as well as a specially designed condenser for the heat pump and a gravitational cooling of the motor compressor, which are designed such that the thermal energy is always in the range of the highest temperature level reached.

Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden, die beigelegte Zeichnung erläuternden Beschreibung hervor. Die einzige Figur zeigt einen Vertikalschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Aufheizen des Nutz- und Heizwassers als einer von möglichen Ausführungsformen.Further advantages and special features of the invention emerge from the patent claims and the following attached drawing explanatory description. The single figure shows a vertical section of the inventive device for Heating of the utility and heating water as one of the possible embodiments.

In ein Gehäuse 1, das z.B. aus lackiertem Stahlblech gefertigt ist, ist ein Speicherkessel 2 unter Zwischenschaltung einer wärme- und schalldämmenden Isolationsfüllung 3 eingesetzt. Der Speicherkessel als der schwerste und standhafteste Teil der Vorrichtung besitzt angeschweisste Standfüsse, mit welchen er direkt auf das Fundament gestellt ist. In unterem Bodenteil 5 des Speicherkessels 2 ist eine elliptische Ausnehmung mit einem gebördelten Hand vorgesehen, der eine von innen nach aussen, d.h. unten, hervorragende Kapsel 6 in dichtender Verbindung abstützt, durch welche Kapsel Anschlussleitungen geführt sind. Damit diese Kapsel nicht von diesen Anschlussleitungen beansprucht ist, sind sie an eine Anschlussleiste 7 angeschlossen, über welche bei der Aufstellung die Installationen angeschlossen werden, und zwischen den Anschlüssen in der Kapsel und der Anschlussleiste 7 sind biegsame Verbindungen vorgesehen. In einem unterhalb der oben erwähnten Isolationsfüllung 3 des Speicherkessels, d.h. zwischen dieser und der Bodenplatte des Gehäuses befindlichen Hohlraum ist im Gehäuse 1 ein Motorkompressor 10 einer Wärmepumpe federnd festgehalten, und ausserdem befinden sich darin eine Umlaufpumpe 20 des Wärme-Kollektors und eine Umlaufpumpe 30 des Niedertemperatursystems für das Heizwasser sowie sämtliche Regelungs-, Sicherungs- und Automatisierungselemente der gesamten Vorrichtung. A storage tank 2 with the interposition of a Heat and sound insulating insulation filling 3 used. Of the Storage tank as the heaviest and most stable part of the device has welded feet with which it is placed directly on the foundation. In the lower bottom part 5 of the storage tank 2 is an elliptical recess with a beaded hand provided, one from the inside to the outside, i.e. at the bottom, protruding capsule 6 is supported in a sealing connection, through which capsule connecting lines are passed. So that this capsule is not stressed by these connection lines, they are connected to a connection strip 7, via which the installations are connected during installation, and between the connections in the capsule and the connection strip 7 flexible connections are provided. In one of the above-mentioned insulation filling 3 of the storage tank, i.e. between this cavity and the bottom plate of the housing there is a motor compressor 10 in the housing 1 a heat pump held resiliently, and there is also a circulation pump 20 of the heat collector and a Circulation pump 30 of the low temperature system for the heating water as well as all control, safety and automation elements of the entire device.

Das Gehäuse 1 kann im wesentlichen einstückig ausgebildet werden und weist eine leicht abenhmbare Bodenplatte auf, damit der Zutritt zur Anschlussleiste 7 und zu anderen funktionswesentlichen Elementen der Vorrichtung möglich ist. Innerhalb der Kapsel 6, die vorzugsweise tief gezogen ist und vorteilhaft aus einem rostbeständigen Material besteht, ist ein integrierter Wärmeaustauscher 8 eingelegt. Er ist in gegebenem Fall aus drei einstückig gezogenen und anschliessend gemäss der Archimedischen Spirale geformten abgelängten Röhren gefertigt. Im übrigen können aber auch separate Röhren verwendet werden, die durch Verschweissen oder Löten in integrierte Form umgewandelt werden. Die untere Röhre 21 ist an das Umlauf system des Wärmefluids,The housing 1 can be formed essentially in one piece and has an easily removable base plate so that the Access to the connection strip 7 and other functionally essential elements of the device is possible. Within the Capsule 6, which is preferably deep drawn and advantageously consists of a rust-resistant material, is an integrated one Heat exchanger 8 inserted. In the given case it is made up of three drawn in one piece and then according to the Archimedean Made of spiral shaped cut-to-length tubes. Apart from that, however, separate tubes can also be used, which are welded together or soldering can be converted into integrated form. The lower tube 21 is connected to the circulation system of the thermal fluid,

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das zum Wärme-Kollektor 22 gehört, angeschlossen. Die mittlere Röhre stellt eine Verdampferröhre 11 der Wärmepumpe dar. Oberhalb der Verdampferröhre der Wärmepumpe befindet sich i.allg. ein Kapillarröhrchen der Wärmepumpe, in gegebenem Fall, wo zwischen der oberen und der mittleren Röhre ein thermisches Expansionsventil 15 als ein Drosselorgan eingebaut ist, befindet sich eine Kühlerröhre 14 zur Unterkühlung. Oberhalb des integrierten Wärmeaustauschers ist eine wärmedämmende Deckplatte 12 angeordnet, deren Durchmesser die Aussenabmessung des Wärmeaustauscher^ gewissermassen übersteigt. Der Wärmeaustauscher 8 selbst ist mit einem ümmantelungszylinder 13 umgeben, der aus wärmedämmendem Material hergestellt ist und im Zusammenhang mit der oben erwähnten Deckplatte derart in die Kapsel eingelegt ist, dass Thermosiphonzirkulation des Wassers nur durch einen jeweils zwischen der Bodenfläche der Kapsel 6 und dem Ummantelungszylinder 13 und zwischen dem letzteren und der Deckplatte freigelassenen Spielraum möglich ist. Im Speicherkessel befindet sich mittig ein Kondensator 16 der Wärmepumpe» Dieser ist aus einer axial verlaufenden geraden Rohrleitung, die mit Rücksicht auf die Höhe des Speicherkessels bis zum Niveau reicht^ wo ein elektrischer Heizkörper 90 eingebaut ist, und einer daran anschliessenden, diese umgebenden und nach unten verlaufenden Rohrwendel gebildet. Dabei ist der gerade Abschnitt des Kondensators 16 auf ganzer Länge mit einem als eine Wärmeisolation dienenden, ggf. plastischen Oberzugsschlauch 17 versehen. Eine aus der Anschlussleiste ausgehende und in den Speicherkessel mündende Zufuhrleitung 42 für kühles Wasser reicht nur wenig oberhalb der Höhe, wo sich die Deckplatte 12 befindet, und ist gegenüber ihrer Mündung mit einem Prallansatz 43 versehen, der den Wasserstrom achsensymmetrisch in die horizontale Richtung umlenkt. Eine Leitung 44 zur Abfuhr des warmen Nutzwassers reicht bis zum höchstliegenden Punkt des Speicherkessels und ist aus einem wärmedämmenden Material gefertigt oder es wird um entsprechende Wärmeisolation auf andere Weise gesorgt.that belongs to the heat collector 22 connected. The middle Tube represents an evaporator tube 11 of the heat pump. Above the evaporator tube of the heat pump there is generally. a capillary tube of the heat pump, in the given case, where there is a thermal between the upper and the middle tube Expansion valve 15 is built in as a throttle member a radiator tube 14 for subcooling. Above the integrated Heat exchanger a heat-insulating cover plate 12 is arranged, the diameter of which the outer dimension of the heat exchanger ^ to some extent exceeds. The heat exchanger 8 itself is surrounded by a jacket cylinder 13 which consists of Thermally insulating material is made and so inserted in connection with the above-mentioned cover plate in the capsule is that thermosiphon circulation of water only through one each between the bottom surface of the capsule 6 and the jacketing cylinder 13 and clearance left between the latter and the cover plate is possible. Located in the storage tank in the middle is a condenser 16 of the heat pump to the level of the storage tank up to the level where an electric heater 90 is installed, and one connected to it, this surrounding and downwardly extending coiled tubing formed. This is the straight section of the capacitor 16 along its entire length with a thermal insulation if necessary, provide a plastic upper pulling hose 17. One from the terminal strip outgoing supply line 42 for cool water which opens into the storage tank extends only slightly above the Height where the cover plate 12 is, and opposite its mouth is provided with a baffle extension 43 that the water flow deflects axially symmetrically in the horizontal direction. A line 44 for discharging the hot water extends to highest point of the storage tank and is made of a heat insulating material or it is made to appropriate Thermal insulation provided in other ways.

Zur Kühlung des Motorkompressors 10 ist eine Gravitations-Wasserkühlung vorgesehen. An einen ölkühler 50 des Motorkompressors sind eine verhältnismässig kurze Zulaufleitung 51» die zumindest bis zur Höhe des Prallansatzes 43 reicht, und eine längere Ablaufleitung 52 angeschlossen, die ebenso aus einem wärmedämmenden Material hergestellt ist und deren im Speicherkessel befindlicher Abschnitt, der mindestens bis zur Höhe des Kondensators reicht, mit einer Perforierung versehen ist. Zum Aufheizen des Heizwassers sind mehrere Möglichkeiten gegeben. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines Doppel mantelkessels 60 dargestellt, der in seinem höchstliegenden Punkt ein Entlüftungsventil 61 besitzt.A gravitational water cooling system is used to cool the motor compressor 10 intended. To an oil cooler 50 of the engine compressor are a relatively short supply line 51 » which extends at least up to the height of the impact projection 43, and a longer drain line 52 is connected, which is also made a heat-insulating material is made and its section located in the storage tank, which is at least up to The height of the capacitor is sufficient, is provided with a perforation. There are several options for heating up the heating water given. In the drawing, an embodiment of a double shell boiler 60 is shown, which is in its highest Point has a vent valve 61.

Nachstehend wird die Funktionierung der in zugehöriger Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung erläutert.The functioning of the embodiment of the device shown in the accompanying drawing is explained below.

Nachdem die Installationen baulich vollendet und an die Anschlussleiste 7 angeschlossen werden, wird die betreffende Vorrichtung aufgestellt. Der Speicherkessel 2 wird mit Wasser aus der Wasserleitung aufgefüllt. Das System des Wärme-Kollektors wird mit einem gesundheitsunschädlichen, mit einem Nahrungsmittel-Farbstoff gefärbten frostbeständigen Mittel (z.B. einer Wasser-Alkohol-Mischung) aufgefüllt. Ähnliches gilt auch für das System des Heizwasser-Aufheizens. Demgegenüber ist das System der Wärmepumpe schon seitens des Herstellers mit einem Kühlmittel aufgefüllt. Die Vorrichtung ist nun noch an das Stromleitungsnetz anzuschliessen. Da in den Speicherkessel 2 sowie in den Doppelmantelkessel des Heizwassers kühles Wasser mit Temperatur von etwa 10°C eingetreten ist, schaltet ein Differenz-Thermostat 70 die Umlaufpumpe 20, ein weiteres Thermostat 80 aber den Motorkompressor 10 ein. Das oben angegebene wärmeübertragende Medium überträgt die Wärmeenergie aus dem Wärme-Kollektor 22 zum integrierten, auf Gegenstromprinzip basierten Wärmeaustauscher 8, ggf. zur unteren Röhre 21. Ein Teil der Wärmeleistung übergeht von unterer Spiralröhre 21 direkt zum Wasser, ein Teil davon dagegen übergeht wegen desAfter the installations have been structurally completed and attached to the terminal strip 7 are connected, the device in question is set up. The storage boiler 2 is filled with water topped up from the water pipe. The system of the heat collector is coated with a non-harmful, frost-resistant agent colored with a food coloring agent (e.g. a Water-alcohol mixture). The same applies to the heating water heating system. In contrast, that is The heat pump system has already been filled with a coolant by the manufacturer. The device is now still on the Connect the power line network. There is cool water in the storage tank 2 and in the jacketed boiler for the heating water with a temperature of about 10 ° C has occurred, a differential thermostat 70 switches the circulation pump 20, another thermostat 80 but the motor compressor 10. The heat transfer medium specified above transfers the heat energy from the Heat collector 22 for the integrated, counter-current principle based heat exchanger 8, possibly to the lower tube 21. Part of the heat output is transferred from the lower spiral tube 21 directly to the water, but part of it passes over because of the

hervorragenden Wärmekontakts auch zu den übrigen Röhren des Wärmeaustauschers 8. Inwiefern die Temperatur der mittleren, d.h. der Verdampferröhre 11 der Wärmepumpe, höher als die Temperatur des Wassers ist, übergeht auch ein Teil dieser Energie von der Verdampferröhre 11 direkt zum Wasser, während der übrige Teil der Wärme auf innerer Seite der Verdampferröhre 11 auf das flüssige KUhMttel der Wärmepumpe übergeht. Die letzterwähnte Wärme verursacht ein Verdampfen des Kühlmittels. Der Dampf des Kühlmittels wird vom Motorkompressor verdichtet, wobei die Dampftemperatur steigt. Das Kühlmittel erhält die höchste Temperatur am Ausgang aus dem Motorkompressor 10. Da die Zufuhrleitung des Kondensators 16 mit dem Überzugsschlauch 17 wärmeisoliert ist, erhält die oberste Windung des Kondensators 16 die höchste Oberflächentemperatur. Das Kühlmittel wird im Kondensator gekühlt und kondensiert und dabei wird das Wasser erwärmt. Die oberhalb der obersten Windung des Kondensators befindliche Nutζwassermenge wird auf gleiche, verhältnismässig hohe Temperatur aufgeheizt. Demgegenüber ist die unterhalb der obersten Windung des Kondensators 16, d.h. längs des letzteren, befindliche Nutzwassermenge auf niedrigere, mit der Höhe des Kessels fallende Temperatur aufgeheizt. Die Schichten unterschiedlich aufgeheizten Wassers werden trotz unterschiedlichen spez. Gewichten miteinander nicht gemischt. Das kühlste Wasser befindet sich am Kesselboden, d.h. unmittelbar um den integrierten Wärmeaustauscher 8, was maximale Gewinnung der Energie vom Wärme-Kollektor 22 ermöglicht.excellent thermal contact with the other tubes of the Heat exchanger 8. To what extent the temperature of the middle, i.e. the evaporator tube 11 of the heat pump, is higher than the Temperature of the water is, part of this energy is transferred from the evaporator tube 11 directly to the water while the remaining part of the heat on the inner side of the evaporator tube 11 is transferred to the liquid coolant of the heat pump. The latter heat causes the refrigerant to evaporate. The refrigerant vapor is taken from the engine compressor compressed, with the steam temperature rising. The coolant receives the highest temperature at the output from the motor compressor 10. Since the supply line of the condenser 16 is thermally insulated with the cover hose 17, the uppermost turn of the receives Capacitor 16 has the highest surface temperature. The refrigerant is cooled and condensed in the condenser and thereby the water is heated. The amount of groove water above the top turn of the condenser is equal to heated relatively high temperature. In contrast is the amount of useful water located below the uppermost turn of the condenser 16, i.e. along the latter, to lower, with the temperature falling with the height of the boiler. The layers of water heated differently are despite different spec. Weights not mixed with each other. The coolest water is at the bottom of the boiler, i.e. immediately around the integrated heat exchanger 8, which enables maximum energy to be obtained from the heat collector 22.

Das kondensirte Kühlmittel wird in der obersten, d.h. der Kühlerröhre 14·, die im Gegenstromprinzip unmittelbar mit der mittleren, d.h. der Verdampferröhre 11 im Wärmekontakt steht, unterkühlt und über das thermisch geregelte Expansionsventil oder, bei einfacher Ausführung, über ein Kapillarröhrchen in die Verdampferröhre 11 im Kalten eingespritzt, worin es wegen des niedrigen Druckes auch bei niedrigen Temperaturen zum Verdampfen neigt, wofür es aber die Wärmeenergie erfordert.The condensed coolant is in the uppermost, i.e. the Radiator tube 14 ·, which is directly connected to the counterflow principle middle, i.e. the evaporator tube 11 is in thermal contact, supercooled and via the thermally controlled expansion valve or, in the case of a simple design, injected via a capillary tube into the evaporator tube 11 in the cold, in which it is because of the low pressure tends to evaporate even at low temperatures, but this requires the thermal energy.

Innerhalb des integrierten Wärmeaustauschers 8 werden die Temperaturverhältnisse derart geändert, dass zwischen der vom Wärme-Kollektor 22 erhaltenen und der sämtlichen, vom integrierten Wärmeaustauscher unmittelbar oder mittelbar abgegebenen Wärmeenergie in Jedem Augenblick ein Energieausgleich aufrechterhalten ist.Within the integrated heat exchanger 8 are the Temperature conditions changed such that between that received from the heat collector 22 and all of the integrated heat exchanger directly or indirectly given heat energy in every moment an energy balance is maintained.

Bei guter Bestrahlung des Wärme-Kollektors ist der Anteil der direkt übertragenen Energie grosser als bei schlechter Bestrahlung und niedriger Temperatur der Umgebungsluft. Sofern die Kühlleistung der Wärmepumpe grosser ist als die durch den Wärme-Kollektor 22 übernommene Energie beträgt, wird die Temperatur in der Umgebung des integrierten Wärmeaustauschers 8 bis zum Zeitpunkt sinken, bis ein Energieausgleich wiederhergestellt wird. Durch das Sinken der Verdampfungstemperatur sinkt nämlich die Übertragungsleistung der Wärmepumpe und steigt der Anteil der aus der Umgebung gewonnenen Energie. Falls solcher Energieausgleich bei Temperaturen unter O⁰C stattfindet, vereist der integrierte Wärmeaustauscher. Das Eis füllt den Raum zwischen den Windungen des integrierten Wärmeaustauschers und danach den ganzen mit der Deckplatte 12 und dem Ummantelungszylinder 13 bestimmten Raum aus. Dadurch wird die Gravitationszirkulation des Wassers durch den Wärmeaustauscher verhindert. Da das Eis ein guter Wärmeisolator ist, die Zirkulation des Wassers aber durch Eis verhindert ist, findet weitere Wärmeübertragung nur innerhalb des Wärmeaustauschers 8 statt.If the heat collector is well irradiated, the proportion of directly transferred energy is greater than if the irradiation is poor and the ambient air temperature is low. If the cooling capacity of the heat pump is greater than the energy taken over by the heat collector 22, the temperature in the vicinity of the integrated heat exchanger 8 will drop until an energy balance is restored. As the evaporation temperature drops, the heat pump's transmission capacity drops and the amount of energy gained from the environment increases. If such an energy ^{balance takes place at temperatures below 0} ° C., the integrated heat exchanger freezes. The ice fills the space between the turns of the integrated heat exchanger and then all of the space defined by the cover plate 12 and the jacket cylinder 13. This prevents the gravitational circulation of the water through the heat exchanger. Since the ice is a good heat insulator, but the circulation of the water is prevented by ice, further heat transfer only takes place within the heat exchanger 8.

Da die Wärmepumpe aufgrund spezifischer Ausbildung des Kondensators 16 das unmittelbar oberhalb des Wärmeaustauschers 8 befindliche Nutzwasser nicht wesentlich aufheizt, liefert der Wärme-Kollektor 22 in warmen sonnigen Tagen genug Energie zum unmittelbaren Aufheizen des Wassers im Speicherkessel bis zur Nutztemperatur, z.B. 40⁰C. Lediglich in kühleren Tagen ohne Sonne schaltet sich zusätzlich die Wärmepumpe ein, die Jedoch in Jedem Fall das aus der Wasserleitung gewonnene und durch dieSince the heat pump, due to the specific design of the condenser 16, does not significantly heat the service water located directly above the heat exchanger 8, the heat collector 22 supplies enough energy on warm sunny days to immediately heat the water in the storage tank to the usable temperature, e.g. 40 ^° C. Merely In cooler days without sun, the heat pump also switches on, but in any case the one obtained from the water pipe and through the

Umgebungsenergie teilweise schon aufgeheizte Wasser nur nachaufheizt· Der Verbrauch an elektrischer Energie für die Wärmepumpe ist günstig, da es sich dabei um kleinere Temperaturunterschiede handelt, wobei die Leistungszahl der Wärmepumpe hoch ist.Ambient energy partially heated water is only reheated The consumption of electrical energy for the heat pump is favorable because there are smaller temperature differences acts, whereby the coefficient of performance of the heat pump is high.

Bei der Abnahme des warmen Nutzwassers aus dem oberen Bereich des Speicherkessels gelangt kühles Wasser durch die Zufuhrleitung 4-2· Soweit das frische Wasser kühler als das im unteren Bereich des Speicherkessels befindliche Nutzwasser ist, drängt es dieses wärmere Wasser hinaus. Im entgegengesetzten Fall, wenn das frische Wasser wärmer ist, nimmt es automatisch die Höhelage ein, die der Temperaturverteilung innerhalb des Kessels entspricht. Bei niedrigen Aussentemperaturen und schlechtem Bestrahlen, d«h. in Winterverhältnissen oder bei grösserer Abnahme des warmen Wassers oder der Wärme durch das Heizwasser, sinkt die Temperatur des integrierten Wärmeaustauschers 8 wegen des Wärmepumpenbetriebs unter O⁰C. Der integrierte Wärmeaustauscher vereist. Die Vereisung findet verhältnismässig schnell statt aufgrund der eigenartigen Ausbildung des Wärmeaustauschers. Bereits eine dünne Eisschicht auf dem Wärmeaustauscher verengt den Querschnitt, durch welchen das Wasser aufgrund der Gravitationskräfte bewegt wird. Die Erhöhung des Widerstands verursacht eine Durchflussminderung, die Durchflussminderung beeinträchtigt den Wärmeaustausch und demzufolge nimmt die Eisstärke auf den Röhren immer schneller zu, bis der Wärmeaustauscher 8 ganz einfriert. Da der Wärmeaustauscher von der Wärmeisolation fast gekapselt ist, besteht ein direkter Kontakt zwischen dem Wasser und dem Eis nur im Spielraum zwischen der Deckplatte 12 und dem Ummantelungszylinder 13 sowie zwischen letzterem und der Bodenfläche der Kapsel 6. Aufgrund des Umstands, dass das Wasser seine grösste Dichte bei +4- C besitzt, kommt es an den erwähnten Stellen zu kleineren örtlichen Thermosiphonzirkulationen, die jedoch keine-nennenswerten Energieverluste darstellen. Zu deren Verhinderung ist der integrierte Wärmeaustauscher derweise angeschlos· sen, dass das Kühlmittel in die äussere Windung der mittleren,When the warm service water is taken from the upper area of the storage tank, cool water passes through the supply line 4-2. If the fresh water is cooler than the service water located in the lower area of the storage tank, this warmer water is forced out. In the opposite case, when the fresh water is warmer, it automatically adopts the altitude that corresponds to the temperature distribution within the boiler. At low outside temperatures and poor irradiation, i. E. in winter conditions or when there is a large decrease in warm water or heat from the heating water, the temperature of the integrated heat exchanger 8 falls below O ⁰ C due to the heat pump operation. The integrated heat exchanger is iced up. Icing takes place relatively quickly due to the peculiar design of the heat exchanger. Even a thin layer of ice on the heat exchanger narrows the cross-section through which the water is moved due to the forces of gravity. The increase in resistance causes a flow reduction, the flow reduction impairs the heat exchange and consequently the ice thickness on the tubes increases faster and faster until the heat exchanger 8 freezes completely. Since the heat exchanger is almost encapsulated by the heat insulation, there is direct contact between the water and the ice only in the clearance between the cover plate 12 and the jacketing cylinder 13 and between the latter and the bottom surface of the capsule 6. Due to the fact that the water is its greatest Density at + 4 ° C, there are smaller local thermosiphon circulations at the points mentioned, but these do not represent any noteworthy energy losses. To prevent this, the integrated heat exchanger is connected in such a way that the coolant flows into the outer turn of the middle,

d.h. der Verdampferröhre 11, eintritt, damit die Spielräume schnellstens einfrieren. Das Eis ist ein vorzüglicher Wärmeisolator lind somit ist bei vereistem Wärmeaustauscher der Wärmeübergang von der Umlaufleitung des Wärme-Kollektors lediglich auf die Umlaufleitung der Wärmepumpe möglich. Diese Wärmeverbindung ist indessen gut; denn sämtliche drei Röhren des integrierten Wärmeaustauschers 8 befinden sich in gutem gegenseitigem Wärmekontakt und die drei Medien strömen gegenstromartig. Das durch den Wärme-Kollektor 22 strömende Wärmemedium besitzt daher eine Temperatur, die nur um einige Grad höher als die Temperatur des Kühlmittelverdampfers ist. Bei so niedrigen Temperaturen nimmt der Wärme-Kollektor noch weiter die Umgebungsenergie ab und überträgt diese über die Wärmepumpe auf das Nutzwasser des Speicherkessels.i.e. the evaporator tube 11, so that the clearances freeze as quickly as possible. The ice is an excellent thermal insulator Thus, when the heat exchanger is iced, the heat transfer from the circulation line of the heat collector is only on the circulation pipe of the heat pump possible. This thermal connection, however, is good; because all three tubes of the integrated heat exchanger 8 are in good mutual thermal contact and the three media flow countercurrently. The heat medium flowing through the heat collector 22 therefore has a temperature which is only a few degrees higher than the temperature of the coolant evaporator. at the heat collector continues to operate at such low temperatures the ambient energy and transfers it via the heat pump to the service water of the storage boiler.

Als Kühlung des Motorkompressors ist eine gravitationsweise Wasserkühlung vorgesehen, wodurch dieser gleichzeitig schalldämmend isoliert ist. Das kühle Wasser strömt durch die kurze Zulaufleitung 51 ein, es wird durch den Motorkompressor 10 aufgeheizt und tritt als warmes Wasser durch die perforierte Ablaufleitung in Jener Schicht des Nutzwassers aus, worin die gleiche Temperatur herrscht. Umso höher das Kühlwasser aufgeheizt wird, desto höher findet sein Austritt in der perforierten Ablaufleitung 52 statt. Dadurch ist die thermosiphonweise Mischung verschieden aufgeheizter Schichten des Nutzwassers im Speicherkessel verhindert und gleichzeitig ist in Energiehinsicht eine optimale Ausnutzung der Wärmeverluste des Motorkompressors gesichert. Die der Umgebung abgezogene Energie würde i.allg. zum Aufheizen des Nutzwassers, nicht aber auch zum Aufheizen des Heizwassers in der Winterzeit ausreichen. Soweit man in den Speicherkessel den elektrischen Heizkörper 90 unmittelbar oberhalb der obersten Windung des Kondensators 16 einbaut, kann man mittels des Nachtstroms (niedrigerer Tarif) einen Teil des Wassers im Speicherkessel auf die nahe des Siedepunktes liegenden Temperaturen aufheizen. Mit der im Nutzwasser gespeicherten Energie kann man mittelbar, z.B. über das durch den Doppel-A gravitational water cooling is provided to cool the motor compressor, which at the same time makes it soundproof is isolated. The cool water flows in through the short supply line 51 and is heated by the motor compressor 10 and emerges as warm water through the perforated drainage pipe in that layer of usable water in which the same Temperature prevails. The higher the cooling water is heated, the higher is its outlet in the perforated drainage pipe 52 instead. This is the thermosiphon-wise mixture differently heated layers of the service water in the storage boiler prevented and at the same time is one in terms of energy optimal utilization of the heat losses of the motor compressor ensured. The energy drawn from the environment would generally be to the Heating the domestic water, but not sufficient to heat the heating water in the winter time. As far as you can see in the Storage boiler the electric heater 90 directly installed above the uppermost turn of the capacitor 16, you can use the night power (lower tariff) a part of the water in the storage tank to those close to the boiling point Heat up temperatures. With the energy stored in the industrial water, one can indirectly, e.g. via the double

mantelkessel 60 strömende Heizwasser, oder auch unmittelbar die Bäume auf eine der bekannten Weisen aufheizen, Ee wird das Boden-, d.h. Niedertemperaturaufheizen, empfohlen, wodurch zum Aufheizen in der Übergangszeit, d.h, im Frühling und Herbst, sowie in sonnigen Vintertagen lediglich die Energie ausgenutzt werden kann, die der Wärme-Kollektor unmittelbar oder über die Wärmepumpe abgibt· Der elektrische Heizkörper 90 zum zusätzlichen Aufheizen des Nutz- bzw· Heizwassers wird von einem Thermostat 95 eingeschaltet, der einen Fühler 91 zur Überwachung der Nutzwassertemperatur im Speicherkessel und einen Fühler 92 für die Umgebungstemperatur aufweist, so dass bei niedrigen Aussentemperaturen ent" sprechende höhere Temperatur des Nutzwassere automatisch erzielt wird.jacket boiler 60 flowing heating water, or directly heat the trees in one of the known ways, Ee will floor heating, i.e. low-temperature heating, is recommended, which means that heating in the transitional period, i.e. in spring, is recommended and autumn, as well as in sunny winter days, only the energy that the heat collector emits directly or via the heat pump can be used. · The electrical one Heating element 90 for additional heating of the useful or Heating water is switched on by a thermostat 95, which has a sensor 91 for monitoring the temperature of the service water in the Storage boiler and a sensor 92 for the ambient temperature, so that at low outside temperatures ent " corresponding higher temperature of the domestic water is achieved automatically.

Das Aufheizen des Nutzwassers mittels Umgebungsenergie ist trotz Aufheizen des Heifewassers mit Nachtstrom und dem elektrischen Heizkörper im wesentlichen nicht gestört, indem bei der Warmwasserabnahme das kühle Wasser in den unteren Bereich des Speicherkessels eintritt, worin es immer überwiegend nur mit der Umgebungsenergie aufgeheizt wird« Erst wenn es eine höhere Temperatur erhält, steigt es bis zum Bereich des Einflusses des elektrischen Heizkörpers.-Das elektrische Speicherungsaufheizen stört daher keineswegs in irgendwelcher Jahreszeit den Betrieb der Wärmepumpe oder (bei günstigen Verhältnissen) das unmittelbare Wasseraufheizen mit der Umgebungsenergie; denn die drei Systeme hängen wärmetechnisch zusammen, wobei dieselben Elemente des integrierten Wärmeaustauschers allen Systemen gleichseitig Nutzen bringen. Im Fall, dass die Wärmepumpe ausser Betrieb steht, heizt die Oberfläche des gesamten Wärmeaustauschers das Nutzwasser.The heating of the domestic water by means of ambient energy is possible in spite of the heating of the hot water with night electricity and the electrical one Radiator essentially not bothered by the Hot water consumption the cool water enters the lower area of the storage boiler, in which it is always predominantly only with the ambient energy is heated «Only when it receives a higher temperature does it rise to the range of the influence of the electric heater.-The electric storage heating therefore by no means interferes with the operation of the heat pump or (under favorable conditions) the operation of the heat pump in any season of the year Water heating with ambient energy; because the three Systems are thermally related, with the same elements of the integrated heat exchanger in all systems Bring benefit. In the event that the heat pump is out of operation, the surface of the entire heat exchanger heats it up Industrial water.

Wenn der Heizwasserbedarf grosser als der Bedarf nach warmem Nutzwasser ist, kann die Vorrichtung so aufgebaut werden, dass der Speicherkessel nicht unter dem Druck der Wasserleitung steht. Zn diesem Fall ist längs dem den Kondensator 16 bildenden loh? ein weiteres Rohr angeschweisst oder angelötet oder mit ersteremIf the heating water requirement is greater than the need for warm Is utility water, the device can be set up so that the storage tank is not under the pressure of the water pipe. In this case, along the line forming the capacitor 16? another pipe welded or soldered on or with the former

gleichzeitig gezogen, durch welches im Gegenstrom das Nutzwasser strömt, das derart aufgeheizt wird, dass das kühle Wasser unten eintritt und warmes Wasser oben austritt.pulled at the same time, through which the utility water flows in countercurrent, which is heated in such a way that the cool Water enters at the bottom and warm water exits at the top.

Soweit der Wärme-Kollektor 22 niedriger als der Speicherkollektor 2 angeordnet ist und die Verbindungsleitungen nicht zu grossen hydraulischen Widerstand aufweisen, kann man auf den Einbau der Umlaufpumpe J>0 sowie des Temperaturdifferenz-Thermostats 70 verzichten, da im Pail, dass im Wärme-Kollektor 22 eine niedrigere Temperatur als im integrierten Wärmeaustauscher herrscht, die gravitationsweise Zirkulation des Wärmemediums aufhört.As long as the heat collector 22 is arranged lower than the storage collector 2 and the connecting lines do not have too great a hydraulic resistance, the installation of the circulation pump J> 0 and the temperature difference thermostat 70 can be dispensed with, since in the Pail that in the heat collector 22 a lower temperature than in the integrated heat exchanger prevails, the gravitational circulation of the heat medium stops.

Selbstverständlich kann die bauliche und verfahrenstechnische Ausbildung der Vorrichtung verschieden sein. So kann z.B. der Speicherkessel emailliert, mit Kunststoff überzogen, aus geblasenem Kunststoff hergestellt oder anders korrosionsbeständig ausgeführt werden; die Kapsel kann andersartig ausgebildet werden; die Einbauhöhe des elektrischen Heizkörpers und dadurch die Höhe des Kondensators können in Abhängigkeit von der Heizwassermenge höher oder niedriger vorgesehen werden; in den Speicherkessel kann ein zusätzlicher Wärmeaustauscher eingebaut werden, um das Nutzwasser mittels des Zentralheizungswassers aufzuheizen, wobei er möglichst oberhalb der obersten Windung des Kondensators 16 angeordnet werden soll; die Anschlüsse können direkt eingeleitet werden; die Automatisierung des Betriebs kann anders ausgeführt werden, wodurch Jedoch die Grundmerkmale der Erfindung nicht gestört werden.Of course, the structural and procedural design of the device can be different. For example, the Storage tank enamelled, coated with plastic, made of blown plastic or otherwise corrosion-resistant to be executed; the capsule can be designed differently; the installation height of the electric radiator and thereby the height of the condenser can be provided higher or lower depending on the amount of heating water; in the Storage boiler, an additional heat exchanger can be installed in order to use the central heating water to supply the domestic water heat up, where it should be arranged as possible above the topmost turn of the capacitor 16; the connections can be initiated directly; the automation of the operation can be carried out differently, however, eliminating the basic features of the invention are not disturbed.

Im Pail grösseren Bedarfs ist es möglich, mehrere Vorrichtungen in eine Batterie zusammenzuknüpfen.In the case of larger requirements, it is possible to use several devices to tie together into a battery.

Claims

PATENTAIfSPRUCSE

ij device for heating the utility and heating water with at least one heat collector and one heat pump, their evaporator and condenser in the one to be heated Water are arranged, characterized in that in the lowest part of a storage tank (2) an integrated Heat exchanger (8) is arranged, which consists of three one above the other held in a metal-locking manner and countercurrently flowed tubes, from which a medium of the heat ^ collector flows through the first tube, the second Tube is an evaporator of the heat pump and the third Tube is a cooler of a liquefied cooling medium,

2. Device according to claim 1, characterized in that the integrated heat exchanger (8) is provided with a heat-insulating casing, allowing room for water circulation owns

5. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the condenser (16) is an upright helix that causes the medium to fall and has a heat-insulated inlet line is trained,

4 ·. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that a gravitational water cooling of the motor compressor (10) is carried out, that the drain line for the return of the warm water in the storage tank (2) made of heat-insulating material and Provide the section located in the boiler with outlet openings is·