Anlage zum Heizen eines Wärmeträgers. Es ist schon vorgeschlagen worden, zum Heizen eines beispielsweise zum Erwärmen von Räumen dienenden Wärmeträgers die von einer Wärmepumpe geförderte Wärme zu benutzen. In einem solchen Falle lässt sich die in natürlichen Wärmequellen, wie Fluss- läufen, Grundwasserströmen, Thermalquellen und dergleichen enthaltene Wärme zum Hei zen von Wohnungen, Geschäftsräumen, Er zeugen von Warmwasser und dergleichen verwenden.
Die Wirtschaftlichkeit derartiger An lagen hängt jedoch in hohem Masse von den Kosten ab, die für den Antrieb der Wärme pumpe aufzuwenden sind. Zweck vorliegen der Erfindung ist nun, den Betrieb in sol chen Fällen zu verbilligen, wo die Wärme pumpe mindestens zeitweise von einer Wärmekraftmaschine angetrieben wird.
Zu diesem Behufe ist gemäss vorliegender Er findung in eine Abflussleitung für die Wärmekraftmaschine verlassendes Arbeits mittel eine Wärmeaustauschvorrichtung ein- geschaltet, zum Zwecke, mindestens einen Teil der in diesem Arbeitsmittel enthaltenen Wärme an den bereits in einer untern Stufe mittels der von der Wärmepumpe geförder ten Wärme vorgewärmten Wärmeträger ab geben zu können.
Im weiteren Bestreben, die Wirtschaftlichkeit von Anlagen der hier in Betracht kommenden Art zu verbessern, kann zweckmässig noch ein mittels hydrauli scher Überschussenergie aufgeladener Wärme speicher die von der Antriebsmaschine der Wärmepumpe benötigte Energie liefern. Es bietet sich auf diese Weise die Möglichkeit, in wirtschaftlicher Weise im Sommer verfüg bare elektrische Abfallenergie im Winter zu Heizzwecken verwenden zu können.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen von Anlagen nach der Erfindung in vereinfach ter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Anlage, bei welcher die Wärmepumpe ihren Antrieb nur von einer Wärmekraftmaschine erhält, und Fig. 2 eine Anlage, in welcher für den Antrieb der Wärmepumpe noch eine zusätz liche Hilfsantriebmaschine vorgesehen ist.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Leitung eines geschlossenen Kreislaufes, in welchem ein zu heizender Wärmeträger, vorzugsweise Was ser, umgewälzt wird. An diesen Kreislauf können in nicht. gezeigter Weise zum Bei spiel Warmwasserheizkörper von Gebäuden angeschlossen sein. Das Aufheizen des die Leitung 1 durchströmenden Wärmeträgers erfolgt vornehmlich in zwei Stufen, nämlich in einer untern Stufe 2 und einer obern Stufe 3. In der Stufe 2 wird dem Wärmeträger die Wärme abgegeben, welche eine Wärme pumpe 4 auf ein höheres Niveau hebt. Diese Wärme wird in einem Verdampfer 5 einer natürlichen Wärmequelle, z.
B. einer durch eine Leitung 6 fliessenden Grundwasser menge, entzogen. 7 bezeichnet einen weiteren Wärmeaustauscher für das Arbeitsmittel, das den geschlossenen Kreislauf der Wä,rme pumpengruppe durchläuft; in diesem Wä.rme- austauscher 7 gibt das erwähnte Arbeitsmit tel auch noch Wärme an den die Leitung 1 durchströmenden Wärmeträger ab. Die Wärmepumpe 4 erhält ihren Antrieb von einer Wärmekraftmaschine B. Das Treibmit tel dieser Maschine 8 durchläuft einen ge schlossenen Kreislauf, der einmal ein in einem Wärmespeicher 9 untergebrachtes Röh rensystem 10 und ferner Verbindungsleitun gen 11 und 12 aufweist.
Der Umlauf des Treibmittels ist dabei so geregelt, dass dieses hinsichtlich Temperatur und Druck in dem für den Betrieb der Maschine 8 erforder lichen Zustand aus dem Röhrensystem 10 austritt. In die Leitung 12 ist die weiter oben erwähnte, obere Heizstufe 3 für den Wärmeträger eingeschaltet; in dieser Stufe gibt das aus der Wärinekraftmaschine 8 aus strömende Treibmittel mindestens einen Teil seiner Abwärme an den die Leitung 1 durch strömenden, aufzuheizenden Wärmeträger ab.
Als Treibmittel für die Antriebsmaschine 8 der Wärmepumpe 4 kann Wasserdampf, ein Gas und dergleichen zur Verwendung kommen. Diese Maschine kann daher als Dampfturbine, holbendampfinaschine, Gas turbine, Dieselmaschine und dergleichen aus gebildet sein.
Zum Aufladen des Wärmespeichers 9 wird am zweckmässigsten im Sommer verfüg bare, durch Ausnutzung von Wasserkräften erzeugte elektrische Abfallenergie verwendet. In diesem Falle sind dann im Wärmespei cher 9 noch zu dessen Aufladen dienende elektrische Leitungen 91 unterzubringen. Als Material zum Ausfüllen des Speichers 9 kön nen vor allem billige, feste Stoffe in Be tracht kommen, wie Sand. Gesteine oder Erdreich, nicht abbauwUirdige Eisenerze. Ab falleisen und dergleichen.
Der Vorzug wird ininier einem Material zu gehen sein, das bei kleinstem Volumen eine grosse Wärmemenge speichern kann und im Preise möglichst lief steht. Je höher die Temperatur im Wärme speicher 9 getrieben werden kann, um so höher wird das Wärmegefälle gewählt wer den können, das für die Antriebsmaschine 8 der MTärmepumpe 4 zur Verfügung steht. und um so mehr Energie wird sich auch in demselben aufspeichern lassen.
Als beispielsweise Richtlinien sei ange- führt, dass der Wärmeträger in der untern Stufe 2 in der Cbergangszeit um etwa.<B>10'</B> C, also bei einer Rücklauftemperatur des Wärmeträgers von zum Beispiel 28 auf <B>38'></B> C, und in der obern Stufe 3 um etwa 7 " C. also auf 45 " C erwärmt -erden kann. bei strenger Kälte dagegen in der untern Stufe ? bei 30 C Riicklauftemperatur um ?3 " C, und in der obern Stufe 3 um etwa 22 C, so dass im zweiten Falle die Tem peratur des Wärmeträgers beim Verlassen der zweiten Stufe 3 etwa 75 " C betragen kann.
Unter Umständen kann ein Teil der von der Wärmekraftmaschine 8 erzeugten Ener gie zum Antreiben eines Generators verwen det werden, wobei der Generatorstrom an ein Netz abgegeben werden kann. Ferner kann das im Wärmespeicher vorzusehende Röh rensystem, in welchem das Treibmittel der Wärmekraftmaschine zu erhitzen ist, gleich zeitig den elektrischen Widerstand für den Strom bilden, der zum Aufladen des Spei chers mit Energie dient. Anstatt dass man den Abdampf der Antriebsmaschine der Wärmepumpe Wärme an den vorgewärmten Wärmeträger abgeben lässt, kann man auch Entnahmedampf der Antriebsmaschine zum weiteren Aufheizen jenes Wärmeträgers ver wenden.
Die in Fig. 2 gezeigte Anlage unterschei det sich von der in Fig. 1 gezeigten ledig lich dadurch, dass der Wärmepumpe 13 ausser der Wärmekraftmaschine 14 noch eine Hilfs- antriebsmaschine 15 zugeordnet ist. Zwischen der Wärmepumpe 13 und den Maschinen 14, 15 ist je eine ausrückbare Kupplung 16 bezw. 17 vorgesehen, so dass sich die Wärme pumpe 13 auch unabhängig von der Wärme kraftma.schine 14 betätigen lässt.
In letzterem Falle findet eine Aufwärmung des durch die Leitung 18 zuströmenden Wärmeträgers nur in der Stufe 19 statt, was in Übergangszeiten durchaus genügen kann, so dass die im Spei cher 20 aufgespeicherte Energie ausschliess lich für Zeiten aufgespart werden kann, wo keine billige Energie mehr zur Verfügung steht.
System for heating a heat carrier. It has already been proposed to use the heat conveyed by a heat pump for heating a heat transfer medium which is used, for example, for heating rooms. In such a case, the heat contained in natural heat sources such as rivers, groundwater streams, thermal springs and the like can be used for heating apartments, business premises, generating hot water and the like.
However, the economic viability of such systems depends to a large extent on the costs that are incurred to drive the heat pump. The purpose of the present invention is to make the operation cheaper in sol chen cases where the heat pump is at least temporarily driven by a heat engine.
For this purpose, according to the present invention, a heat exchange device is switched on in a drain line for the heat engine leaving working medium, for the purpose of at least part of the heat contained in this working medium to the heat already in a lower stage by means of the heat pumped by the heat pump to be able to give preheated heat transfer medium.
In a further effort to improve the economy of systems of the type under consideration here, a heat store charged by means of hydraulic excess energy can expediently supply the energy required by the drive machine of the heat pump. In this way, there is the possibility of being able to use electrical waste energy available in the summer for heating purposes in an economical manner.
In the accompanying drawings, two exemplary embodiments of systems according to the invention are illustrated in a simplified manner of representation, namely: FIG. 1 shows a system in which the heat pump receives its drive only from a heat engine, and FIG. 2 shows a system in which an additional auxiliary drive machine is provided for driving the heat pump.
In Fig. 1, 1 denotes a line of a closed circuit in which a heat transfer medium to be heated, preferably what water, is circulated. You can't join this cycle. As shown, for example, hot water radiators in buildings can be connected. The heating of the heat transfer medium flowing through the line 1 takes place primarily in two stages, namely in a lower stage 2 and an upper stage 3. In stage 2, the heat transfer medium is given off, which a heat pump 4 raises to a higher level. This heat is in an evaporator 5 of a natural heat source, for.
B. an amount flowing through a line 6 groundwater withdrawn. 7 denotes a further heat exchanger for the working fluid, which passes through the closed circuit of the heat pump group; In this Wä.rme- exchanger 7, the mentioned working medium also gives off heat to the heat transfer medium flowing through the line 1. The heat pump 4 receives its drive from a heat engine B. The Treibmit tel this machine 8 runs through a closed loop GE, the once a Röh r system housed in a heat accumulator 9 and also connecting lines 11 and 12 has.
The circulation of the propellant is regulated in such a way that it emerges from the pipe system 10 in the state required for the operation of the machine 8 in terms of temperature and pressure. In line 12, the above-mentioned upper heating stage 3 for the heat transfer medium is switched on; In this stage, the propellant flowing out of the heat engine 8 gives off at least part of its waste heat to the heat transfer medium flowing through the line 1 and to be heated.
Steam, a gas and the like can be used as the propellant for the drive machine 8 of the heat pump 4. This machine can therefore be designed as a steam turbine, Holbendampfinaschine, gas turbine, diesel engine and the like.
To charge the heat accumulator 9 is most expediently available in the summer, electrical waste energy generated by utilizing water power is used. In this case, electrical lines 91 which are used to charge it are then to be accommodated in the Wärmespei 9. As a material for filling the memory 9, especially cheap, solid materials can be considered, such as sand. Rocks or soil, non-minable iron ores. Fall off and the like.
The preference will be to use a material that can store a large amount of heat with the smallest volume and that is as priced as possible. The higher the temperature in the heat storage 9 can be driven, the higher the heat gradient is selected who can, which is available for the drive machine 8 of the M heat pump 4. and all the more energy can be stored in it.
As an example of guidelines, it should be mentioned that the heat transfer medium in the lower stage 2 in the transition time by about .10 'C, i.e. with a return temperature of the heat transfer medium from 28 to 38'>, for example </B> C, and in the upper stage 3 it can be heated by about 7 "C. that is to 45" C. in the case of severe cold, however, in the lower level? at 30 C return temperature by -3 "C, and in the upper stage 3 by about 22 C, so that in the second case the temperature of the heat transfer medium when leaving the second stage 3 can be about 75" C.
Under certain circumstances, some of the energy generated by the heat engine 8 can be used to drive a generator, the generator current can be delivered to a network. Furthermore, the tube system to be provided in the heat store, in which the propellant of the heat engine is to be heated, at the same time form the electrical resistance for the current that is used to charge the store with energy. Instead of letting the exhaust steam from the drive machine of the heat pump give off heat to the preheated heat transfer medium, it is also possible to use extraction steam from the drive unit to further heat that heat transfer medium.
The system shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 only in that the heat pump 13 is assigned an auxiliary drive machine 15 in addition to the heat engine 14. Between the heat pump 13 and the machines 14, 15 is a disengageable clutch 16 respectively. 17 is provided so that the heat pump 13 can also be operated independently of the heat power machine 14.
In the latter case, the heat transfer medium flowing in through line 18 is only heated in stage 19, which can be sufficient in transition periods, so that the energy stored in memory 20 can only be saved for times when there is no more cheap energy Available.