DE10301878A1 - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine transportable Kompaktanlage zur Erzeugung von Wassereis, die ausschließlich durch einen Photovoltaikgenerator mit Elektroenergie versorgt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, eine solare Eiserzeugungsanlage zu entwickeln, die autark betrieben, örtlich flexibel einsetzbar und nach Wasseranschluß innerhalb einer Stunde betriebsbereit ist. Erfindungsgemäß besteht die solare Kompakt-Eiserzeugungsunit aus einer transportablen, geschlossenen oder offenen Gehäusestruktur 2, die zumindest eine leistungsregelbare Kompressionskältemaschine zur Versorgung jeweils einzeln oder gruppenweise zuschaltbarer Eisbildner 13, eine Energiewandlungseinheit 3, einen Energiespeicher 8, ein Speisewasser-Vorratsbehältnis 16 und einen isolierten Eis-Speicher 20 umschließt, und aus einem außen an der Gehäusestruktur 2 schwenkbar angebrachten Photovoltaikgenerator 1.
Description
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
-
1 zeigt die Darstellung des Kältekreislaufs und des Solekreislaufs der solaren Eiserzugungsunit mit mehreren Eisbildnern. Der Photavoltaikgenerator1 befindet sich außerhalb der geschlossenen Gehäusestruktur2 , mit der er schwenkbar verbunden ist und liefert die erzeugte Elektroenergie an die Energiewandlungseinheit3 . Diese enthält die Steuerung des Kompakteiserzeugers sowie die leistungselektronischen Komponenten für die Bereitstellung von frequenzvariablen Wechselspannungen für die Kättemittelverdichter4 und5 und einer frequenzfesten Wechselspannung für weitere Verbraucher wie die Wasserpumpe6 und die Solepumpen7 . An die Energiewandlungseinheit3 ist ein Elektroenergiespeicher8 angeschlossen, der kurzzeitige Energieangebotsschwankungen abpuffert und zusätzliche Energie für den Anlauf von Pumpen und Verdichtern bereitstellt. Die Kältemittelverdichter4 und5 besitzen unterschiedliche Kühlkapazitäten. (z. B. im Verhältnis 1:2), so daß durch wahlweises Zuschalten der Verdichter (4 oder5 oder4 und5 ) und deren drehzahlvariablen Betrieb eine optimale Anpassung des Energieverbrauchs an das Energieangebot des Photovoltaikgenerators1 erfolgen kann. Verdichtetes Kältemittel wird in den Luftkondensatoren9 verflüssigt, die sich außerhalb der Umschließung2 befinden, mit der sie fest verbunden sind. Das kondensierte Kältemittel expandiert hinter einem regelbaren Einspritzventil10 und kann in einem Verdampferwärmetauscher11 einer Kälteträgersole Wärmeenergie entziehen. Temperaturbedingte Volumenschwankungen der Sole werden durch ein Ausgleichsgefäß12 ausgeglichen. Durch die wahlweise Zuschaltung von wassergefüllten Eisbildnern13 , in denen dem zu gefrierenden Wasser durch die Sole Wärme entzogen wird, kann die Soletemperatur in einem Bereich von beispielsweise –3°C bis –7°C gehaltenwerden. Zur Regelung der Soletemperatur wird auch die Solepumpe im Eisformen-Kühlkreis drehzahlregeibar ausgeführt. Die erwähnte Soletemperatur ermöglicht einerseits eine akzeptable Eiserzeugungsrate und andererseits eine möglichst hohe Verdampfungetemperatur des Kältemittels, welche wiederum verantwortlich ist für die Energieeffizienz der Kälteerzeugung. Der Kompakteiserzeuger verfügt über so viele Eisbilder13 , daß zu Zeiten maximaler Energiebereitstellung durch den Zeiten maximaler Energiebereitstellung durch den Photovoltaikgenerator1 die gesamte erzeugte Kälteenergie ohne wesentliche Absenkung der Soletemperatur von den Eisbildnern zur Eiserzeugung genutzt werden kann. - Ist in einem Eisbildner der Eiserzeugungsprozeß abgeschlossen, erfolgt durch Sole, die in einem Wärmetauscher
14 mit Hilfe des heißen, kondensierten Kältemittels erwärmt wurde, ein Antauen des Eiskörpers. Dazu wird die entsprechende Eisform mit Hilfe der ihr zugeordneten Dreiwegeventile15 vom Sole-Kühlkreis getrennt und mit dem Sole-Heizkreislauf verbunden. Anschließend kann der Eiskörper leicht, z.B. durch Neigen der Eisform, aus dieser entfernt werden. Die Abkühlung des Kältemittels im Wärmetauscher14 führt zu einer zusätzlichen Effizienzsteigerung des Kältekrsislaufs. -
2 zeigt schematisch die Wasserversorgung der Eisbildner13 sowie die Einrichtungen zur Eisspeicherung. Vorzugsweise zu Zeiten eines hohen Energieangebots wird mit Hilfe der Wasserpumpe6 der Wasserspeicher16 gefüllt. Innerhalb des Wasserspeichers befinden sich die Einrichtungen zur Aufbereitung des zu gefrierenden Wassers17 . Nach dem Entfernen des Eiskörpers wird der entsprechende Eisbildner über eines der Ventile18 mit frischem Wasser gefüllt und steht erneut für einen Eisbildungsprozeß zur Verfügung. Das fertige Eis gleitet über eine geneigte Ebene19 in den thermisch, isolierten Eis-Speicher20 . Wird frisches Eis benötig, kann dieses von außerhalb der Umschließung2 des Kompakteiserzeugers aus diesem Speicher entnommen werden. -
- 1
- Photovoltaikgenerator
- 2
- geschlossene oder offene Gehäusestruktur
- 3
- Energiewandlereinheit
- 4
- Kältemittelverdichter
- 5
- Kältemittelverdichter
- 6
- Wasserpumpe
- 7
- Solepumpen
- 8
- Elektroenergiespeicher
- 9
- Luftkondensatoren
- 10
- regelbares Einspritzventil
- 11
- Verdampferwärmetauscher
- 12
- Ausgleichsgefäß
- 13
- wassergefüllte Eisbildner
- 14
- Wärmetauscher
- 15
- Dreiwegeventile
- 16
- Wasserspeicher/Speisewasser-Vorratsbehältnis
- 17
- Einrichtungen zur Aufbereitung des zu gafrierenden Wassers
- 18
- Ventile
- 19
- geneigte Ebene
- 20
- thermisch isolierter Eis-Speicher
Claims (14)
- Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer transportablen, geschlossenen oder offenen Gehäusestruktur (
2 ), die zumindest eine leistungsregelbare Kompressionskältemaschine zur Versorgung jeweils einzeln oder gruppenweise zuschaltbarer Eisbildner (13 ), eine Energiewandlungseinheit (3 ) einschließlich Steuerung, einen Energiespeicher (8 ), ein Speisewasser-Vorratsbehältnis (16 ), einen thermisch isolierten Eis-Speicher (20 ) sowie Hilfsaggregate und -vorrichtungen umschließt, und aus einem außen an der Gebäudestruktur (2 ) schwenkbar angebrachten Photovoltaikgenerator (1 ), der die ausschließliche Energieversorgung gewährleistet, gebildet ist. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusestruktur (
2 ) international standardisierte Außenabmessungen aufweist. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemaschine über mindestens zwei, einzeln schaltbare Kältemittelverdichter (
4 ,5 ) verfügt. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemittelverdichter (
4 ,5 ) drehzahlregelbar sind und über unterschiedliche Leistung verfügen. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung des Kältemittels in abgeschlossenen Räumen innerhalb der Eisbildner (
13 ) erfolgt. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionskältemaschine und die Eisbildner (
13 ) über einen Kälteträgerkreislauf miteinander verbunden sind. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (
8 ) ein Batteriespeicher geringer Kapazität oder ein kapazitiver Elektroenergiespeicher ist. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasser-Vorratsbehälter (
16 ) eine oder mehrere Einrichtungen zur Aufbereitung des zu gefrierenden Wassers aufweist. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasser-Vorratsbehälter (
16 ) eine Einrichtung zur Entkeimung des Wassers mittels UV-Bestrahlung aufweist. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eis-Speicher (
20 ) eine Aufnahmekapazität von mindestens zwei durchschnittlichen Tagesleistungen des Eiserzeugers aufweist. 1 1. Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie über ausschließlich photovoltaisch betriebene Einrichtungen zur Wasserzuführung und Wasseraufbereitung verfügt. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Kältemittel in Luftkondensatoren (
9 ) verflüssigt wird, die außen an der Gehäusestruktur (2 ) fest angebracht sind. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Kältemittel in Flüssigkeitskühlern verflüssigt wird, die innerhalb der Gehäusestruktur (
2 ) untergebracht sind. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsaggregate und -vorrichtungen die Wasser- und Solepumpen (
6 ,7 ), das Einspritzventil (10 ), der Verdampferwärmetauscher (11 ), das Ausgleichsgefäß (12 ), der Wärmetauscher (14 ), die Dreiwegeventile (15 ), die Ventile (181 und die geneigte Ebene (19 ) sind. - Solare Kompakt-Eiserzeugungsunit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie über eine Anschlußmöglichkeit für eine externe Stromquelle verfügt.
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