Offenlegungsschrift

(19)
Bundesrepublik Deutschland
Deutsches Patent- und Markenamt
(12) Offenlegungsschrift
(21) Aktenzeichen: 10 2007 047 667.3
(22) Anmeldetag: 05.10.2007
(43) Offenlegungstag: 09.04.2009
(71) Anmelder:
Watts Industries Deutschland GmbH, 76829
Landau, DE
(74) Vertreter:
Patentanwälte Möll und Bitterich, 76829 Landau
*DE102007047667A120090409*
(10) DE 10 2007 047 667 A1 2009.04.09
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(51) Int Cl. 8 : F25B 30/00 (2006.01)
F24D 17/02 (2006.01)
(72) Erfinder:
Cattarius, Marco, 76857 Albersweiler, DE; Schehl,
Ulrich, 76855 Annweiler, DE; Spiess, Fritz,
Unterlunkhofen, CH
(56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht
gezogene Druckschriften:
EP 16 21 820 A1
US 44 49 554 A
DIN-EN 12524;
Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
Prüfungsantrag gemäß § 44 PatG ist gestellt.
(54) Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern der Kondensation von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen
(57) Zusammenfassung: Gegenstand der Erfindung sind
Verfahren und Vorrichtungen zum Verhindern der Kondensation
von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen einer
Leitungsbaugruppe (10) in einer Vorrichtung zum Betreiben
eines Solekreislaufs einer Wärmepumpenanlage.
Die Leitungsbaugruppe (10) umfasst Rohrleitungen (11, 12,
13, 14, 16), Armaturen (17) und eine Solepumpe (15) und
ist in eine wasserdampfdichte Schutz- und Isolierbox (1, 2)
eingedichtet. Dadurch wird das Eindrigen von Luftfeuchtigkeit
in die Box (1, 2) verhindert. Das Innere der Box (1, 2)
wird durch die Verlustwärme der Pumpe (15) aufgeheizt.
Dadurch wird die Kondensation der Luftfeuchtigkeit, die
während der Herstellung in der Box (1, 2) verblieben ist, sicher
verhindert.

Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen
zum Verhindern der Kondensation von Luftfeuchtigkeit
an kalten Soleleitungen einer Leitungsbaugruppe
in einer Vorrichtung zum Betreiben eines
Solekreislaufs einer Wärmepumpenanlage, z. B. für
die Warmwasserheizung, die Brauchwasserbereitung
oder dergleichen, gemäß der Oberbegriffe der
Ansprüche 1 bzw. 2.
[0002] Die Installation von Wärmepumpenanlagen
umfasst neben diversen Rohrleitungen und Armaturen
auch eine Umwälzpumpe. Um die zeit- und kostenaufwändige
Einzelinstallation der Rohrleitungen
und Aggregate zu umgehen, ist es bekannt, die immer
wiederkehrenden und gleichbleibenden Bauelemente
zu einer sogenannten Leitungsbaugruppe zusammenzufassen,
die werksseitig vormontiert wird.
Werden solche Leitungsbaugruppen in Anlagen für
Heizung und Warmwasserbereitung eingesetzt, so
müssen sie gegen Wärmeverlust isoliert werden. Um
diese Wärmeisolierung zu vereinfachen, kann eine
Isolierschale verwendet werden, wie sie beispielsweise
in der EP 0 561 037 B1 offenbart ist. Diese Isolierschale
besteht aus zwei Teilen, hergestellt aus geschäumtem
Kunststoff. Sie bietet nicht nur eine ausreichende
Wärmeisolierung sondern auch einen sauberen
Anblick.
[0003] Wärmepumpenanlagen unterscheiden sich
von gewöhnlichen Heizungsanlagen unter anderem
dadurch, dass in ihren Rohrleitungen nicht nur warme
sondern auch kalte Fluide umlaufen. Ein derartiges
kaltes Fluid ist beispielsweise die Sole, die mit Hilfe
einer Solepumpe im Kreislauf zwischen Umweltwärmespeicher,
beispielsweise Erdreich, und dem Verdampfer
der Wärmepumpe zirkuliert wird.
[0004] Werden diese kalten Soleleitungen ungeschützt
durch Räume und dergleichen geführt, so
kondensiert an ihrer Außenseite die Luftfeuchtigkeit.
Das Kondensat tropft auf den Boden des Heizraums,
wo es unschöne Flecken und dergleichen verursacht.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik wird versucht,
die Kondensation dadurch zu verhindern, dass
die kalten Rohrleitungen, die Armaturen und das
Pumpengehäuse mit einer dicken Isolierung aus geschlossenporigem
und diffusionshemmendem
Schaumstoff eingepackt werden. Dabei darf auch
nicht die kleinste Öffnung zurückbleiben. Andernfalls
dringt die Luftfeuchtigkeit ein, kondensiert aus,
durchnässt die Isolierschicht, worauf diese ihre Isolierfähigkeit
verliert und tropft schließlich wieder auf
den Boden des Heizraums.
[0005] Auch wenn die Isolierung ursprünglich korrekt
angebracht worden war, können durch Alterung
oder unvorsichtiges Hantieren Beschädigungen auftreten.
Im übrigen ist auch bei sorgfältigster Durch-
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führung der Isolierarbeiten nie ganz auszuschließen,
dass nicht doch feinste Spalte oder Öffnungen verbleiben.
[0006] Es versteht sich, dass diese nachteiligen Effekte
auch bei werksseitig gefertigten Isoliergehäusen
auftreten können.
[0007] Außerdem müssen einige der in der Leitungsbaugruppe
vorhandenen Komponenten, z. B.
Schmutzfänger, periodisch gewartet oder infolge Verschleiß
ausgetauscht werden, z. B. Pumpe. Ferner
müssen die Absperr- und Einregulierventile trotz der
Isolation bedienbar bleiben und die Anzeigen von
Durchflussmesser und Thermometer müssen ablesbar
sein. Desgleichen müssen vorhandene Füll-,
Spül- und Entleerventile ebenfalls zugänglich bleiben.
[0008] Um die oben aufgeführten Punkte erfüllen zu
können, muss die herkömmliche Kälteisolation teilweise
zuerst entfernt werden und dann anschließend
wieder angebracht werden, was umständlich und
teuer ist, da all diese Arbeiten bauseits vorgenommen
werden müssen.
[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe
es gelingt, die Kondensation von Luftfeuchtigkeit an
kalten Soleleitungen einer Leitungsbaugruppe einer
Wärmepumpenanlage zu verhindern.
[0010] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
[0011] Die vorliegende Erfindung setzt eine dampfdichte
Box ein, geht jedoch davon aus, dass es letztlich
nicht möglich ist, die Isolierbox selbst und die
Durchführungen der diversen, die Box durchdringenden
Rohrleitungen hundertprozentig und dauerhaft
abzudichten. Um das Eindringen von Feuchtigkeit,
die an den kalten Rohrleitungen und Armaturen kondensieren
könnte, zu verhindern, wird das Innere der
Isolierbox erwärmt, wodurch die relative Luftfeuchte
absinkt und ebenfalls die Temperatur der Rohrleitungen
und Armaturen ansteigt, was wiederum hilft,
dass die kalten Rohrteile weniger mit Feuchte beschlagen
werden. Dabei bietet es sich an, zum Erwärmen
der Box, die Verlustwärme der vorhandenen
Solepumpe einzusetzen, so dass auf zusätzliche
Heizelemente, die ebenfalls vorstellbar sind, verzichtet
werden kann. Außerdem wird so ein Teil der Verlustwärme,
über die sich in der Isolierbox befindlichen
Rohre und Armaturen, dem Verdampfer der Wärmepumpe
zur Nutzung angeboten.
[0012] Durch etwaige Ritzen eindringende Luftfeuchtigkeit,
infolge freier Konvektion der Umgebungsluft
um die Isolierbox, ist im Verhältnis des in
der Box eingeschlossenen Luftvolumens klein. Au-

ßerdem ändert im jahreszeitlichem Rhythmus die absolute
Feuchte der Umgebungsluft ca. um den Faktor
3. Beispiel: absolute Feuchte im Juli 15 mbar (feuchte
Luft) und 5 mbar im Januar (trockene Luft). So folgt
einer möglichen periodischen Anreicherung der absoluten
Luftfeuchte in der Isolierbox wieder eine entsprechende
Abmagerung, was im Effekt dazu führt,
dass keine fortschreitende Anreicherung der absoluten
Luftfeuchte stattfinden kann.
[0013] Etwaige durch das Kunststoffgehäuse eindiffundierende
Luftfeuchtigkeit würde den absoluten
Feuchtigkeitsgehalt in der Box ebenfalls ansteigen
lassen, bis der Dampfdruck in der Isolierbox das gleiche
Druckniveau, wie außerhalb der Isolierbox vorhanden,
erreicht. Die Richtung der Dampfdiffusion
durch das Gehäuse weist immer vom höheren zum
tieferen Dampfdruck p Dampf. Wegen den jahreszeitlichen
und betriebsbedingten Schwankungen des
Dampfdruckes in und außerhalb der Isolierbox, findet
auch in diesem Fall keine fortschreitende Anreicherung
der absoluten Luftfeuchte statt.
[0014] Gegenstand der Erfindung ist ferner eine
Vorrichtung in Form einer Isolierbox gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 2.
[0015] Auch bei der Konzeption der Schutz- und
Isolierbox selbst wurde die Erkenntnis berücksichtigt,
dass minimale Spalte und Undichtigkeiten zwischen
den Leitungen und der Box und zwischen Wanne und
Deckel unvermeidlich sein dürften, weshalb auch hier
in die Box eine Wärmequelle eingesetzt wird, die den
Dampfdruck der in der Box enthaltenen Feuchtigkeit,
die beispielsweise während der Werksmontage oder
auf der Baustelle in die Box gelangt, so weit erhöht,
dass die in der die Vorrichtung umgebenden Atmosphäre
enthaltene Feuchtigkeit nicht eindringen kann.
Dabei wird auch hier der Einfachheit halber die Verlustwärme
der Solepumpe verwendet.
[0016] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
ist die Box aus Kunststoff tiefgezogen. Diese einfache
und preiswerte Fertigung ist möglich, weil keine
besondere Isolierung benötigt wird. Außerdem ist
diese Box leicht und korrosionsfest.
[0017] Vorzugsweise besteht die Box aus einer
Wanne und einem Deckel, wobei gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung zwischen Wanne und Deckel
eine Formdichtung besteht. Dank der Formdichtung
lassen sich die beiden Boxteile zeitsparend montieren
bzw. demontieren.
[0018] Formdichtungen bestehen vorteilhafterweise
auch zwischen der Box und den Rohrleitungen.
[0019] Um zu verhindern, dass in die Box eindringende
Feuchtigkeit auskondensieren kann, kann die
Box mit einem Depot von Silicagel ausgerüstet sein.
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[0020] Auf Silicagel kann gegebenenfalls verzichtet
werden, wenn zur Unterstützung der Solepumpe in
der Box ein Zusatzheizelement vorgesehen ist.
[0021] Vorteilhafterweise liegt die Trennebene zwischen
Wanne und Deckel in der Ebene der Rohrleitungsachsen.
Dies vereinfacht die Montage der Leitungsbaugruppe.
[0022] Es versteht sich, dass zur Pumpe und/oder
Regelelektronik elektrische Verbindungskabel nötig
sind. Diese sind gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
mittels Kabeldurchführungen dampfdicht
durch die Wanne geführt.
[0023] Zur Befestigung an einer Gebäudewand ist
die Wanne vorteilhafterweise rückseitig mit Haltevorrichtungen
versehen.
[0024] Vorteilhafterweise besitzt die Wanne auch an
der Vorderseite Fixiervorrichtungen zum Anbringen
an den Leitungen der Leitungsbaugruppe.
[0025] Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in
Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
[0026] Die Figur zeigt eine Leitungsbaugruppe 10
für den Solekreislauf einer Wärmepumpenanlage,
wie sie für die Warmwasserheizung, die Brauchwasserbereitung
oder dergleichen verwendet wird. Die
Leitungsbaugruppe 10 umfasst eine Solevorlaufleitung
11 vom Umweltwärmespeicher, beispielsweise
Erdreich, eine Soleweiterleitung 12 zur Wärmepumpe,
eine Solerücklaufleitung 13 von der Wärmepumpe,
eine Soleweiterleitung 14 zum Umweltwärmespeicher
und eine Solepumpe 15. Ferner ist vorgesehen
eine Abzweigleitung 16 zu einem Ausdehnungsgefäß
(nicht dargestellt). Sämtliche Rohrleitungen 11,
12, 13, 14, 16 sind thermisch isoliert, wobei die Isolierung
wie oben erwähnt gasdicht sein muss, um das
Eindringen von Luftfeuchtigkeit mit nachfolgender
Auskondensation an den kalten Rohrleitungen zu
vermeiden.
[0027] Die Leitungsbaugruppe 10 ist werksseitig
vormontiert und enthält somit alle Aggregate, die für
die Funktion des Sohlekreislaufes erforderlich sind.
Dies sind neben den schon erwähnten Aggregaten
auch noch zwei Temperaturanzeigen 17, Schmutzfänger,
Füll- und Entleerventile sowie eine elektronische
Steuerung für die Solepumpe 15.
[0028] Die thermische Isolierung der Leitungsbaugruppe
10 geschieht mit einer zweiteiligen Schutz-
und Isolierbox 1, 2. Diese besteht aus einer Wanne 1
und einem Deckel 2, beide aus Kunststofffolie tiefgezogen.
Wanne 1 und Deckel 2 können mit Hilfe einer
Formdichtung zusammengerastet und bei Bedarf
auch wieder gelöst werden. Die Abdichtung zwischen
der Box 1, 2 und den Rohrleitungen 11, 12, 13, 14, 16

erfolgt mit Hilfe von Formdichtungen 3.
[0029] Eine thermische Isolierung der Boxwände ist
nicht nötig.
[0030] Fenster 4, 5 im Deckel 2 der Isolierbox ermöglichen
den Blick auf die Temperaturanzeige 17,
die Pumpensteuerung usw.
[0031] Die Leitungsbaugruppe 10 und die Isolierbox
1, 2 werden werksseitig fertiggestellt und geschlossen.
Hat die Box 1, 2 beispielsweise ein Volumen von
ca. 35 l und erfolgt die Montage bei einer Raumtemperatur
von 25°C bei einer relativen Feuchtigkeit von
70%, so sind in der Box 1, 2 ca. 0,6 g Wasser in Form
von Dampf vorhanden. Wird diese eingeschlossene
Luft beim Betrieb des Solekreislaufes auf etwa 18°C
abgekühlt, so kondensiert der vorhandene Wasserdampf
zu 0,6 g Kondensat. Diese Wassermenge
wäre unproblematisch. Wenn jedoch durch Spalte in
der Isolierbox 1, 2 weiterhin Luftfeuchtigkeit aus der
die Box umgebenden Atmosphäre in die Box eindringen
und an den Rohrleitungen kondensieren könnte,
würde sich die Wassermenge in der Box 1, 2 ständig
weiter vermehren. Dies wird jedoch bei der erfindungsgemäßen
Box dadurch verhindert, dass der
durchschnittliche Dampfdruck in der Box im jahreszeitlichen
Verlauf in der Regel größer ist aus jener der
die Box umgebenden Luft. Dies ist auch damit begründet,
dass die Box vorwiegend bei Wärmepumpen
eingesetzt wird, welche zur Raumheizung verwendet
werden, während der kalten Jahreszeit. Etwaig
angereicherte Luftfeuchte wird während der
Heizperiode wieder abgemagert, da der Dampfdruck
der die Box umgebenden Luft in dieser Zeit statistisch
am tiefsten ist. Dieser Effekt trifft beidermaßen sowohl
auf die durch Ritzen in die Box infiltrierten Luft,
als auch die durch das Gehäuse diffundierenden
Luftfeuchte zu.
[0032] Während den Sommermonaten, wenn die
Wärmepumpe außer Betrieb ist, wird sich innerhalb
und außerhalb der Box die gleiche Temperatur einstellen
und somit besteht auch keine Kondensationsgefahr
mehr.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
- EP 0561037 B1 [0002]
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Patentansprüche
1. Verfahren zum Verhindern der Kondensation
von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen (13, 14)
einer Leitungsbaugruppe (10) in einer Vorrichtung
zum Betreiben eines Solekreislaufs einer Wärmepumpenanlage,
z. B. für die Warmwasserheizung,
die Brauchwasserbereitung oder dergleichen, wobei
die Leitungsbaugruppe (10) Rohrleitungen (11, 12,
13, 14, 16), Armaturen (17) und eine Solepumpe (15)
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsbaugruppe
(10) in eine dampfdichte Schutz-
und Isolierbox (1, 2) eingedichtet und das Innere der
Box (1, 2) durch die Verlustwärme der Pumpe (15)
aufgeheizt wird.
2. Vorrichtung zum Betreiben eines Solekreislaufs
einer Wärmepumpenanlage, z. B. für die Warmwasserheizung,
die Brauchwasserbereitung oder
dergleichen, umfassend:
– eine Leitungsbaugruppe (10) mit
– einer Solevorlaufleitung (11) vom Umweltwärmespeicher,
– einer Soleweiterleitung (12) zur Wärmepumpe,
– einer Solerücklaufleitung (13) von der Wärmepumpe,
– einer Soleweiterleitung (14) zum Umweltwärmespeicher
– und einer Solepumpe (15),
– und eine die komplette Baugruppe (10) aufnehmende
Schutz- und Isolierbox (1, 2),
gekennzeichnet durch die Merkmale:
– die Box (1, 2) ist
– dampfdicht,
– dampfdicht zu den Leitungen (11, 12, 13, 14) abgedichtet
– und beinhaltet die Solepumpe (15) als Wärmequelle.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet
durch das Merkmal:
– die Box (1, 2) ist aus Kunststoff tiefgezogen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet
durch das Merkmal:
– die Box besteht aus einer Wanne (1) und einem Deckel
(2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet
durch das Merkmal:
– zwischen Wanne (1) und Deckel (2) besteht eine
Formdichtung (6).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch das Merkmal:
– zwischen der Box (1, 2) und den Leitungen (11, 12,
13, 14) bestehen Formdichtungen (3).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
gekennzeichnet durch das Merkmal:
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– in der Box (1, 2) befindet sich ein Depot mit Silicagel.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
gekennzeichnet durch das Merkmal:
– in der Box (1, 2) ist ein Zusatzheizelement vorgesehen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
gekennzeichnet durch das Merkmal:
– die Trennebene zwischen Wanne (1) und Deckel
(2) liegt in der Ebene der Rohrleitungsachsen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis
9, gekennzeichnet durch das Merkmal:
– elektrische Verbindungskabel für Pumpe (15)
und/oder Regelelektronik sind mittels Kabeldurchführungen
dampfdicht durch die Wanne (1) geführt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis
10, gekennzeichnet durch das Merkmal:
– die Wanne (1) besitzt rückseitig Haltevorrichtungen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis
11, gekennzeichnet durch das Merkmal:
– die Wanne (1) besitzt vorderseitig Fixiervorrichtungen
zum Fixieren der Leitungsbaugruppe (10).
Es folgt ein Blatt Zeichnungen

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Anhängende Zeichnungen
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