DE102004046286B4

DE102004046286B4 - Wärmepumpe bzw. Kälteanlage mit direktem Windenergieantrieb für Heizung und Kühlung ohne Fremdenergie mit Windturbine

Info

Publication number: DE102004046286B4
Application number: DE200410046286
Authority: DE
Inventors: Adelbert Sailer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: DE102004046286A1

Abstract

Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage mit einer Windturbine, welche ein Gehäuse besitzt, einen Rotor (5) in dem Gehäuse, einen Kompressor (3) in dem Gehäuse, einem Kondensator (2), einem Expansionsventil und einem Verdampfer (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Windturbine auf einer Drehplatte (8) montiert ist und das Gehäuse der Windturbine im Wärmepumpenbetrieb als Verdampfer (1) oder im Kühlbetrieb als Kondensator ausgebildet ist.

Description

Auf das Patent 198 39647 C1 wird Bezug genommen.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage für die Erzeugung von Wärme oder Kälte ohne Fremdenergie. Kompressor (3) wird direkt oder über ein Getriebe vom Windrad (5) angetrieben.
Mit der Kompaktanlage bestehend aus Windrad (5), Getriebe (4), Kompressor (3), Verdampfer (1) oder Kondensator (2), auf einer Drehplatte (8) montiert, kann Heizenergie oder Kühlenergie ohne Fremdenergie gewonnen werden.
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine windgetriebene Wärmepumpenanalge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für den Antrieb von Kompressionskälteanlagen oder Wärmepumpenanalgen wird zur Verdichtung von Kältemittel Kompressionsenergie benötigt, welche in den meisten Fällen aus Elektroenergie gewonnen wird. Bei der Stromerzeugung im heutigen Energiestadium wird jedoch (ohne Wärmekraftkopplung) von 100% Primärenergieeinsatz max. 30% Elektroenergie gewonnen. 70% des Energieeinsatzes werden jedoch ohne einen ökonomischen Nutzen an die Umwelt über Flüsse abgegeben.
Ganz im Gegensatz steht die windangetriebene Wärmepumpenanlage, die keine Energiereserven verbraucht und 70% Verdampfungswärme aus der Umwelt wieder zurückgewinnt.
Eine solche Anlage ist aus der DE 198 39 647 C1 (gleiche Anmeldung) bekannt. Sie weist ein Windrad auf, das über eine Welle direkt den Kompressor einer Wärmepumpe antreibt. Das Windrad und der Kompressor sind auf einer Platte drehbar angeordnet, wobei die Ausrichtung der Anlage in Windrichtung von einer Windfahne übernommen wird.
Aus der DE 3103 366 A1 ist eine Wärmepumpe bekannt, deren Kompressor durch eine von Flußwasser getriebene Turbine angetrieben wird. Dabei wird das Flußwasser durch eine Leitung geführt, in der die Turbine starr angeordnet ist. In Strömungsrichtung hinter der Turbine sind der Verdampfer oder ein Kondensator angeordnet. Diese sind jedoch nicht mechanisch mit der Turbine verbunden und können diese nicht in ihrer Position verstellen.
Als weiterer Stand der Technik zählen die Patente DE 3408 063 A1 sowie US 2652 699 A .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine windgetriebene Wärmepumpe zu schaffen, die kompakt im Aufbau ist.
Die Aufgabe wird mit einer Wärmepumpenanalge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Wie in der Einleitung schon erwähnt, benötigt ein Kompressionskreislauf zur Verdichtung des Kältemittels (für Heizung und Kühlung) mechanische Energie, die in den meisten Fällen aus Strom gewonnen wird.
Die Aufgabe, die Antriebsenergie des Kompressors einzusparen, wird bei der Erfindung durch Windenergie erfüllt.
Die Kompressorenanlage der Kälte bzw. Wärmepumpenanlage wird mit vom Wind angetriebenen Rotor direkt oder über ein Getriebe für Drehzahlregelung angetrieben. Bei der beschriebenen Anlage befindet sich der Verdampfer (1), Kondensator (2) direkt am Kompressor (3), der wiederum direkt mit dem Getriebe (4) vom Windrad (5) angetrieben wird, wobei die oben beschriebenen Bauteile eine Einheit in Form einer Kompaktanlage darstellen.
Der Verdampfer (1) dient zugleich als Windturbine. Der Verdampfer (1) wird für Wärmepumpenanlagen zur besseren Wärmeaufnahme mit schwarzem sonnenabsorbierendem Lack gestrichen und wird als Windturbine aus einem gut Wärme leitenden Material (Cu, Alu, Stahl, Zinn) als Wärmetauscherregister in die Anlage angebracht.
Bei Nutzung der Anlage zu Kälte bzw. Kühlzwecken wird die Windturbine als Kondensator aus gut leitendem Material (Cu, Alu, Stahl, Zinn) ausgeführt.
Die Abführung der gewonnenen Energie wird bei der Wärmepumpenanlage über den Vorlauf (6) und Rücklauf (7) vom Kondensator mittels einem Wasserkreislauf und Umwälzpumpe abgeführt, ebenso bei Kälteanlagen über den Verdampfer mittels eines Wasserkreislaufs mit Frostschutzmittel und Pumpe.
Energienutzung:
In Küsten- sowie Bergregionen herrscht ein ständiges Windangebot. Bei einer Windgeschwindigkeit von ca. 6 m/s leistet ein Rotor mit 1,5 m Durchmesser Windturbine ca. 2 Kilowatt Antriebsenergie bei einer Verdampfungstemperatur von +5°C wird über den Verdampfer aus der Umwelt ca. 8 Kilowatt Energie entzogen, was einer Heizleistung von ca. 10 Kilowatt entspricht. Kostenlose Wärme mit Wärmepumpen in kalten Regionen und kostenlose Kühlung ohne Antriebsenergie in warmen Regionen.
Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung der Erfindungsgegenstand näher erläutert:
Im einzelnen zeigt:
I: Windenergie für Wärmepumpenanlage als Heizung
II: Wärmepumpenkreislauf mit Kältemittel
III: Windenergie mit Kühlung
IV: Kühlkreislauf für Kühlung
Die in 1 dargestellte Windenergieanlage für Wärmepumpenbetrieb ist in II schematisch dargestellt
Der Rotor (5) treibt direkt oder über ein Getriebe (4) zur Änderung der Drehzahl den offenen Kompressor (3) an.
Der Kompressor (3) ist im Kältekreislauf eingebunden. Der Kompressor (3) verdichtet das Kältemittel wobei die Temperatur des gasförmigen Kältemittels ansteigt. Am Kondensator (2) wird mittels eines Heizkreislaufs die Verdampfungswärme über Warmwasser und Pumpe an die vorhandene Heizung über einen Pufferspeicher an die Heizung abgegeben.
Das verflüssigte Kältemittel wird über ein Expansionsventil wieder entspannt, wobei die Temperatur abfällt. Am Verdampfer (1) der zugleich als Windturbine aus Kupfer, Alu oder sonstigen wärmeleitenden Materialien besteht, wird als Kältemittel wieder über die Außentemperatur verdampft und über den Kompressor angesaugt.
Der Verdampfer wird zur besseren Wärmeaufnahme mit schwarzem Solarlack gestrichen. In III und IV ist das gesamte System vertauscht, wobei die Windturbine als Kondensator (2) dient und somit die Anlage zur Erzeugung von Kühlwasser dient. Sonst wie vor beschrieben.
Die in I–IV aufgeführte Anlage wird als Kompaktanlage auf einer drehbaren Scheibe aufgestellt, womit sich das Windrad über die Windfahne immer gegen den Wind ausrichten kann. Die drehbare Scheibe wird auf einem Mastrohr befestigt.
Die Anschlüsse für Vor- und Rücklauf am Kondensator (bei Heizung) und am Verdampfer (bei Kühlung) erfolgen über flexible Rohranschlüsse.
Die Rohrführung erfolgt im Mastrohr.

Claims

Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage mit einer Windturbine, welche ein Gehäuse besitzt, einen Rotor (5) in dem Gehäuse, einen Kompressor (3) in dem Gehäuse, einem Kondensator (2), einem Expansionsventil und einem Verdampfer (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Windturbine auf einer Drehplatte (8) montiert ist und das Gehäuse der Windturbine im Wärmepumpenbetrieb als Verdampfer (1) oder im Kühlbetrieb als Kondensator ausgebildet ist.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Heizwasseranschlüsse (6, 7) bei Wärmepumpenbetrieb flexibel am Kondensator (2) bei Kühlbetrieb am Verdampfer (1) anschließbar sind.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (1) aus gut wärmeleitendem Material wie Cu, Alu, Zink besteht oder stahlverzinkt ist und mit einem schwarzen, absorbierenden Lack beschichtet ist.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (2) aus gut leitendem Material wie Cu, Zinn, Alu besteht oder stahlverzinkt ist.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) direkt ohne Getriebe den Kompressor (3) antreibt.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß für Drehzahländerungen vom Rotor (5) zum Kompressor (3) ein Getriebe zur Drehzahländerung dazwischengeschaltet ist.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (2) bei Wärmepumpenbetrieb oder der Verdampfer (1) bei Kühlbetrieb mit flexiblen Rohranschlüssen angeschlossen wird.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anlage auf der Drehplatte (8) statisch so ausgewogen ist, daß die Anlage bei Sturm über ein Gelenk aus dem Wind nach oben schwenkt und bei normalen Windverhältnissen über ein Gegengewicht wieder in die normale Lage zurückgeführt wird.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß am Gelenkstück der Vorlauf und Rücklauf (6, 7) flexibel ausgeführt sind.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) in einem Diffusor läuft, der zugleich als Verdampfer (1) bei Wärmepumpenbetrieb dient und als Kondensator bei Kühlbetrieb.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kompressor (3) im inneren des Diffusors bei kleinen Anlagen befindet und bei größeren Anlagen der Kompressor über ein Umlenkgetriebe außerhalb vom Diffusor angebracht und angetrieben wird.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß am Diffusor oben und unten eine Windfahne (15) angebracht wird, die die Anlage in den Wind stellt.
Windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei größeren Anlagen die Anlage über eine elektronische Steuerung in den Wind gestellt wird.