DE19921038A1 - Heizungsanlage - Google Patents

Abstract

Eine Heizungsanlage (1) weist einen Heizkessel (2) für ein fließfähiges Wärmeträgermedium auf, das durch Leitungen im Kreislauf führbar ist. Die Heizungsanlage (1) ist des weiteren mit einem Wärmetauscher (4) zum Wärmetausch zwischen dem Wärmeträgermedium und einem in einem separaten Kreislauf geführten Kältemittel versehen. Der Kreislauf des Kältemittels weist ein Expansionsventil (11), mindestens einen weiteren Wärmetauscher (27) zur Erwärmung des expandierten Kältmittels und eine Wärmepumpe (14) zur Kompression des Kältemittels auf. Um eine langlebige und mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Heizungsanlage (1) zu erhalten, wird vorgeschlagen, daß der Heizkessel (2) ein Verdampfer ist, mit dem eine Dampfmaschine (3) betreibbar ist, von der die Wärmepumpe (4) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit einem Heizkessel für ein fließfähiges Wärme­ trägermedium, das durch Leitungen im Kreislauf führbar ist, einem Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträgermedium und einem in einem separaten Kreislauf geführten Kältemittel, wobei dessen Kreislauf ein Expansionsventil, mindestens einen weite­ ren Wärmetauscher zur Erwärmung des expandierten Kältemittels und eine Wärmepumpe zur Kompression des Kältemittels enthält.

Derartige Heizungsanlagen sind allgemein bekannt und werden in der Regel in der sogenann­ ten bivalenten-teilparallelen Betriebsweise betrieben. Dabei bedeutet bivalent, daß die Anlage neben der Wärmepumpe einen weiteren Wärmeerzeuger, nämlich üblicherweise einen für feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe geeigneten Heizkessel, aufweist. Die bivalente Betriebsweise hat den Vorteil, daß sich in diesem Falle auch bestehende Heizungssysteme mit einer Wärmepumpe ausstatten lassen. Im Falle einer monovalent betriebenen Wärmepumpe müßten die in den Räumen vorhandenen Wärmetauscherflächen aufgrund der geringen er­ reichbaren Vorlauftemperatur sehr groß sein, was insbesondere bei bestehenden Bauwerken nicht der Fall ist.

Teilparallele Betriebsweise bedeutet in diesem Zusammenhang, daß bei einem niedrigen Wärmebedarf zunächst allein die Wärmepumpe in Betrieb ist. Sobald ein bestimmter Wärme­ bedarf überschritten wird, bleibt die Wärmepumpe in Betrieb und wird durch den zweiten Wärmeerzeuger unterstützt. Beide Wärmeerzeuger arbeiten dann zeitweise parallel. Die Wär­ mepumpenanlage bleibt allerdings nur so lange in Betrieb, bis ihre Einsatzgrenzen erreicht sind (z. B. Rücklauftemperatur, Gerätekonzeption).

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Heizungsanlagen wird die Wärmepumpe in der Regel mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben. Dieser wird mit Netzstrom betrieben, der zum größten Teil unter Einsatz fossiler Energiequellen mit einem vergleichsweise geringen Wirkungsgrad erzeugt wurde. Aus volkswirtschaftlicher und auch ökologischer Sicht ist der Antrieb einer Wärmepumpe durch einen netzversorgten Elektromotor daher nicht sinnvoll.

Alternativ zum Elektroantrieb einer Wärmepumpe ist auch deren Antrieb mit Hilfe eines Ver­ brennungsmotors, in der Regel eines Otto- oder Diesel-Motors, bekannt. Hierbei ist der Wir­ kungsgrad des Gesamtsystems größer als beim vorgenannten Elektroantrieb, da die Abwärme des Verbrennungsmotors im Gegensatz zur Abwärme eines mit fossilen Brennstoffen betrie­ benen Kraftwerks sinnvoll zu Heizzwecken genutzt werden kann. Als Nachteil tritt bei einem derartigen System jedoch die vergleichsweise kurze Lebensdauer eines Verbrennungsmotors, dessen hoher Wartungsaufwand sowie die erhebliche Geräuschentwicklung in Erscheinung. Für kleinere Heizungsanlagen scheidet eine solche Konzeption daher aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage vorzuschlagen, bei der der Wirkungsgrad der Gesamtanlage sehr hoch ist, wobei die Lebensdauer der Anlage ebenfalls hoch und der Wartungsaufwand gering sein soll.

Ausgehend von einer Heizungsanlage der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Heizkessel ein Verdampfer ist, mit dem eine Dampfmaschine betreibbar ist, von der die Wärmepumpe antreibbar ist.

Die Anlage gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß die für den Antrieb der Wärmepumpe benötigte mechanische Energie vor Ort direkt aus Primärenergie, d. h. beispielsweise gasför­ migen, flüssigen oder festen Brennstoffen (einzeln oder gemeinsam) erzeugt wird und die dabei anfallende Abwärme sinnvoll zu Heizzwecken eingesetzt werden kann. Aus diesem Grunde ist auch der vergleichsweise geringe mechanische Wirkungsgrad einer Dampfmaschi­ ne, der bei ungefähr 25% liegt, ohne weiteres tolerabel, da die 75% an Wärmeenergie zu einem sehr großen Anteil einer sinnvollen Verwendung zu Heizzwecken zugeführt werden können.

Gegenüber einem Verbrennungsmotor weist eine Dampfmaschine eine sehr viel größere Fle­ xibilität hinsichtlich des verwendbaren Brennstoffs auf. Außerdem ist die Lebensdauer einer Dampfmaschine sehr viel größer als die eines Verbrennungsmotors und der Wartungsaufwand deutlich geringer. Ferner ist auch die Geräuschentwicklung einer Dampfmaschine geringer, da die Arbeitsfrequenz kleiner als die eines Verbrennungsmotors ist.

Die erfindungsgemäße Heizungsanlage eignet sich auch zur Nachrüstung bestehender Anla­ gen, da die Vorlauftemperatur des Wärmeträgermediums hinreichend groß sein kann, so daß keine besonderen Anforderungen an die Größe der Wärmetauscherflächen innerhalb des Ge­ bäudes bestehen. Die erfindungsgemäße Anlage kann selbst in solchen Fällen noch nachgerü­ stet werden, in denen bereits eine elektrisch betriebene Wärmepumpe vorhanden ist. Es ist lediglich der Austausch gegen eine dampfbetriebene Wärmepumpe und der Einbau eines ge­ eigneten Dampferzeugers anstelle eines konventionellen Heizkessels erforderlich. Die Pri­ märenergie kann unverändert bleiben.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abgase der Feuerung des Heizkessels und/oder die Abluft eines Gebäudes und/oder die Abwässer eines Haushalts dem Wärmetauscher zur Erwärmung des expandierten Kältemittels zuführbar sind.

Gegenüber der Erdwärme, der Außenluft bzw. der Niederschläge als ebenfalls in Frage kom­ menden Wärmequellen für die Wärmepumpe zeichnen sich die Abgase der Feuerung, die Ge­ bäudeabluft und die Haushaltsabwässer durch ihr in der Regel höheres Temperaturniveau aus.

Des weiteren wird vorgeschlagen, daß der Kreislauf des Wärmetauschermediums in dessen Strömungsrichtung hinter der Dampfmaschine zunächst einen Wärmetauscher zur Erhitzung von Warmwasser, sodann Wärmetauscher zur Raumheizung und sodann einen Wärmetau­ scher zur Erwärmung eines Pufferspeichers umfassen.

Um den Anteil der mechanischen Leistung und der Wärmeleistung der Dampfmaschine in­ nerhalb gewisser Grenzen variieren zu können, ist vorgesehen, daß ein Teil des erhitzten Wärmeträgermediums aus dem Verdampfer als Flüssigkeit entnehmbar und direkt den Wär­ metauschern zuführbar ist. Auf diese Weise können zwischen einer vollständigen Abgabe des Wärmeträgermediums in flüssiger Form und einer maximalen mechanischen Antriebsleistung der Dampfmaschine sämtliche Zwischenzustände eingestellt werden.

Alternativ zu der Ausgestaltung, das hinter der Dampfmaschine kondensierte Wärmeträger­ medium zur Erhitzung von Warmwasser zu verwenden und sodann durch Wärmetauscher zur Raumheizung und zur Erwärmung eines Pufferspeichers zu leiten, wird vorgeschlagen, daß der Kreislauf des Kältemittels einen innerhalb des Heizkessels angeordneten Wärmetauscher zur Erhitzung des Kältemittels und in dessem Strömungsrichtung zunächst einen Wärmetau­ scher zur Erhitzung von Warmwasser, sodann Wärmetauscher zur Raumheizung und sodann einen Wärmetauscher zur Erwärmung eines Pufferspeichers aufweist, wobei das Kältemittel nach seiner Expansion in dem Wärmetauscher von dem Wärmeträgermedium erwärmbar ist.

Bei einer derartigen Ausgestaltung enthält der Kreislauf des Wärmeträgermediums lediglich einen Wärmetauscher zur Wärmeabgabe an das expandierte Kältemittel und sodann einen - sinnvollerweise im Heizkessel integrierten - Wärmetauscher zur Erwärmung des kompri­ mierten Kältemittels. Der Kältemittelkreislauf ist bei einer derartigen Anlagenkonzeption um Wärmetauscher zur Warmwasserbereitung, zur Raumheizung sowie zur Speichererwärmung erweitert.

Sinnvollerweise wird als Wärmeträgermedium bei einer derartigen Anlage ein Alkohol ver­ wendet. Das Kältemittel kann beispielsweise Ammoniak oder ein ähnlicher Stoff sein.

Die Erfindung weiter ausgestaltend wird vorgeschlagen, daß die Wärmetauscher zur Erwär­ mung des expandierten Kältemittels in dessen Strömungsrichtung einen Wärmetauscher zur Abkühlung eines Pufferspeichers und sodann einen Wärmetauscher zur Abkühlung anderer Wärmequellen umfassen.

Wenn die Dampfmaschine einen beidseitig mit Dampf beaufschlagbaren Kolben aufweist, ist auch bei niedriger Arbeitsfrequenz ein Verharren des Kolbens in den Totpunktlagen auszu­ schließen.

Um den Aufwand bei der mechanischen Kopplung der Dampfmaschine mit der Wärmepumpe möglichst gering zu halten, ist es sinnvoll, daß der Kolben der Dampfmaschine über eine ge­ meinsame Kolbenstange mit dem Kolben der Wärmepumpe gekoppelt ist. Auf eine Umset­ zung der translatorischen Bewegung des Dampfmaschinenkolbens über einen Kurbeltrieb in eine rotatorische Bewegung und von dieser wiederum über einen Kurbeltrieb oder ähnliches in eine translatorische Bewegung des Kolbens der Wärmepumpe kann auf diese Weise ver­ zichtet werden.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Dampfmaschine und die Wärme­ pumpe über eine Welle rotatorisch miteinander gekoppelt sind, wobei die Welle mit einer Elektromaschine koppelbar ist, die wahlweise als Motor oder als Generator betreibbar ist. In diesem Fall ist es möglich, im Falle überschüssiger mechanischer Antriebsleistung diese in elektrische Energie umzuwandeln und beispielsweise in ein Stromnetz einzuspeisen. Im ande­ ren Fall ist es aber ebenfalls möglich, im Falle eines zusätzliches Bedarfs an mechanischer Antriebsleistung diese durch den Elektromotor einzuspeisen, der zu diesem Zweck mittels Netzstrom betreibbar ist.

Aus ökologischer Sicht besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elektromaschine mit Strom aus einer Photovoltaikanlage betreibbar ist.

Zur Steigerung des mechanischen Wirkungsgrades der Dampfmaschine ist es zweckmäßig, den Dampf des Wärmeträgermediums vor Eintritt in die Dampfmaschine mittels eines Erhit­ zers zu überhitzen.

Die erfindungsgemäße Heizungsanlage läßt sich insbesondere bei einer Kombination mit ei­ ner Photovoltaikanlage, mit Solarkollektoren zur Warmwassererzeugung oder einer Wind­ kraftanlage sinnvoll durch einen Pufferspeicher ergänzen, der überschüssige Energie in Form von Wärme speichert und diese zu Zeiten einer Spitzenlast beim Wärmebedarf auf Abruf be­ reithält. Erfindungsgemäß weist ein derartiger Pufferspeicher eine Mehrzahl von in einem Tank angeordneten Behältern auf, die vollständig von einem Fluid umgeben sind und mit ei­ nem Stoff gefüllt sind, der infolge der Erwärmung des Speichers seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig ändert. Bei den bei der Aggregatszustandsänderung gebundene Energie läßt sich die volumenbezogene Speicherkapazität eines derartigen Pufferspeichers gegenüber ei­ nem einfachen, mit einem Fluid gefüllten Tank erheblich steigern.

Bei einem derartigen Pufferspeicher, der nicht nur in Kombination mit der erfindungsgemä­ ßen Heizungsanlage, sondern auch bei konventionellen Heizungsanlagen sehr sinnvoll ein­ setzbar ist, ist der Tank aus Kosten- und Umweltgründen vorzugsweise mit Wasser und die Behälter mit Paraffin oder einem ähnlichen Fett bzw. Wachs gefüllt.

Um im Falle starker Sonneneinstrahlung und geringen mechanischen Energiebedarfs die von einer Photovoltaikanlage gelieferte elektrische Energie sinnvoll einzusetzen, wird vorgeschla­ gen, daß das Wärmeträgermedium in dem Heizkessel zusätzlich mit einer Heizeinrichtung erhitzbar ist, die mit Strom aus der Photovoltaikanlage betreibbar ist.

Die erfindungsgemäße Heizungsanlage wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbei­ spiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Heizungsanlage mit getrenntem Wasserkreislauf und Kältemittelkreis­ lauf,

Fig. 2 einen Teil der Peripherie der Heizungsanlage gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen anderen Teil der Peripherie der Heizungsanlage gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Pufferspeicher,

Fig. 5 wie Fig. 1, jedoch mit zusätzlicher Kopplung mit einer Elektromaschine,

Fig. 6 wie Fig. 5, jedoch zusätzlich mit Kopplung mit einer Photovoltaikanlage,

Fig. 7 eine alternative Heizungsanlage.

Eine in Fig. 1 dargestellte Heizungsanlage 1 umfaßt einen Heizkessel 2, eine Dampfmaschi­ ne 3 und einen ersten Wärmetauscher 4, der einen Wärmetausch zwischen zwei im Kreislauf geführten Medienströmen erlaubt.

Das erste Kreislaufsystem ist mit Wasser als Wärmeträgermedium versehen. Ausgehend von der Oberseite des Heizkessels verlaufen zwei von Wasserdampf durchströmte Leitungsab­ schnitte 3' zu beiden Seiten eines Zylinders 5 der Dampfmaschine 3, der durch einen beidsei­ tig beaufschlagbaren Kolben 6 in zwei Zylinderräume unterteilt wird. Der expandierte und kondensierte Dampf strömt über einen sich anschließenden Leitungsabschnitt 7 zu Wärmetau­ schern, die nachfolgend näher erläutert werden und dem heißen Wasser die Wärme entziehen.

An der Stelle des Pfeils 8 verläßt das heiße Wasser den in Fig. 1 dargestellten Teil der Hei­ zungsanlage 1, um diesen an der Stelle des Pfeils 9 abgekühlt wieder zu erreichen.

Vor dem Rücklauf des abgekühlten Wassers über den Leitungsabschnitt 10 in den Heizkessel 2 findet eine erste Erwärmung des Wassers bereits in dem Wärmetauscher 4 statt, indem die Wärme eines Kältemittels auf das Wasser übertragen wird. Das Kältemittel wird in einem separaten Kreislauf geführt und nach seiner mit Hilfe eines Expansionsventils 11 erfolgenden Expansion ausgehend von der Stelle des Pfeils 12 zu Wärmequellen geführt und nach Erwär­ mung und Rückkehr in den dargestellen Anlagenteil an der Stelle des Pfeils 13 mit Hilfe einer Wärmepumpe 14 verdichtet, um anschließend über einen Leitungsabschnitt 15 wieder dem Wärmetauscher 4 zugeführt zu werden. Die Wärmequellen zur Erwärmung des Kältemittels, bei dem es sich beispielsweise um Ammoniak handeln kann, werden an späterer Stelle noch näher erläutert.

Der Antrieb der Wärmepumpe 14 erfolgt mit Hilfe der Dampfmaschine 3, wobei aus Gründen der Wirtschaftlichkeit der Kolben 6 der Dampfmaschine 3 und der Kolben 16 der Wärme­ pumpe 14 auf einer gemeinsamen Kolbenstange 17 angeordnet sein können. In diesem Fall weisen beide Kolben einen identischen Hub auf. Alternativ ist jedoch auch die Umwandlung der linearen Bewegung des Kolbens 6 der Dampfmaschine 3 in eine rotatorische Bewegung und eine Umwandlung dieser erneut in eine lineare Hubbewegung des Kolbens 16 der Wär­ mepumpe 14 möglich.

Ausgehend von dem mit einer Feuerungseinrichtung 18 für beliebige feste, flüssige oder gas­ förmige Brennstoffe versehene Heizkessel 2 besteht eine direkte Verbindung über einen Lei­ tungsabschnitt 19 zu dem durch Pfeil 8 gekennzeichneten Vorlauf zu den Wärmetauschern. In diesem Leitungsabschnitt 19 befindet sich ein Regulierungsventil 20, mit dem der Anteil des Wassers, das in flüssiger Form aus dem Heizkessel 2 abgezogen wird, zwischen 0% und 100% eingestellt werden kann. Im ersten Fall liefert die Dampfmaschine ihre maximale me­ chanische Leistung, die von der momentanen Heizleistung der Feuerungseinrichtung 18 ab­ hängig ist. Im zweiten Fall wird die Dampfmaschine 3 überhaupt nicht mit Dampf versorgt, weshalb deren mechanische Leistung null ist und der Heizkessel 2 wie ein konventioneller Heizkessel arbeitet.

Die Abgase der Feuerungseinrichtung 18 des Heizkessels 2 verlassen den in Fig. 1 darge­ stellten Anlagenteil an der Stelle des Pfeils 21. Auf ihre energetische Ausnutzung wird an späterer Stelle eingegangen.

Das aus der Dampfmaschine 3 bzw. direkt aus dem Heizkessel 2 stammende heiße Wasser, das den in Fig. 1 dargestellten Anlagenteil an der Stelle des Pfeils 8 verläßt, erreicht über den in Fig. 2 mit 8' gekennzeichneten Pfeil einen Wärmetauscher 22, mit dem Frischwasser aus einem Leitungssystem zu Warmwasser erwärmt werden kann. Der Eintritt des Frischwas­ sers erfolgt an der Stelle des Pfeils 23, während die Abgabe des Warmwassers an der Stelle des Pfeils 24 erfolgt. Das abgekühlte Wasser verläßt den Wärmetauscher 22 an der Stelle des Pfeils 25, um von dort weiteren Wärmetauschern zugeführt zu werden, die später erläutert werden.

Das nach dem Gebrauch des Warmwassers, beispielsweise in Badewannen, Duschen, Wasch­ becken, Spül- und Waschmaschinen, immer noch warme Wasser wird in einen Sammelbehäl­ ter 26 geleitet, in dem ein Wärmetauscher 27 angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher 27 dient als Wärmequelle für das Kältemittel, das den in Fig. 1 dargestellten Anlagenteil an der Stelle des Pfeils 12 verläßt, um über die Stelle des Pfeils 12' in Fig. 2 zu dem Wärmetauscher 27 und von dort über die Stelle des Pfeils 13' wiederum zu der Wärmepumpe 14 geleitet zu wer­ den (Anschluß an der Stelle des Pfeils 13 an den in Fig. 1 dargestellten Anlagenteil). Das abgekühlte Abwasser verläßt den Sammelbehälter über ein Überlaufrohr 28 an der Stelle des Pfeils 29.

Fig. 3 zeigt einen weiteren Wärmetauscher 30, der über die Stelle des Pfeils 25' und dem nach einer Warmwasserentnahme bereits zu einem gewissen Grad abgekühlten Wasser er­ reicht wird. Das Wasser stammt aus dem Wärmetauscher 22 und hat den in Fig. 2 dargestel­ ten Anlagenteil an der Stelle des Pfeils 25 verlassen.

In der Praxis besteht der Wärmetauscher 30 aus einer Vielzahl parallel geschalteter Einzel­ wärmetauscher, beispielsweise in Form von zeichnerisch angedeuteten Heizkörpern 31, die als Konvektoren oder Radiatoren ausgebildet sein können.

Nach einer Zusammenführung der einzelnen Parallelstränge verläßt das weiter abgekühlte Wasser den Wärmetauscher 30 an der Stelle des Pfeils 32.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß ein Pufferspeicher 33 einen Tank 34 umfaßt, in dem sich eine Mehrzahl von kleineren Behältern 35 befindet. Die abgeschlossenen Behälter 35 sind mit Pa­ raffin gefüllt, während der Tank 34 mit Wasser gefüllt ist, das die Behälter 35 vollständig umgibt. An der Stelle des Pfeils 32' tritt das im Wärmetauscher 30 abgekühlte und den in Fig. 3 dargestellten Anlagenteil an der Stelle des Pfeils 32 verlassende Wasser in einen weite­ ren Wärmetauscher 36 ein, um einen weiteren Teil seiner Wärme an das im Tank 34 befindli­ che und ebenfalls in einem Kreislauf (Pfeile 37) geführte Wasser abzugeben. An der Stelle des Pfeils 9' verläßt das nunmehr stark abgekühlte Wasser den in Fig. 4 dargestellten Anlagen­ teil, um über die in Fig. 1 mit dem Pfeil 9 gekennzeichnete Stelle dem Wärmetauscher 4 zugeleitet zu werden.

Die Speicherkapazität des Pufferspeichers 33 ist - bezogen auf dessen Volumen - besonders groß, weil das ausgewählte Paraffin infolge eines Wechsels seines Aggregatszustands von fest nach flüssig bei der Erwärmung eine große Energiemenge aufnimmt, die bei der Abkühlung wieder abgegeben werden kann.

Bei der in Fig. 5 gezeigten erweiterten Heizungsanlage 1' sind sowohl die Dampfmaschine 3 als auch die Wärmepumpe 4 mechanisch mit einer Elektromaschine 38 gekoppelt, die sowohl als Generator als auch als Elektromotor betrieben werden kann.

Zu Zeiten, in denen die Heizungsanlage 1' einen Überschuß an mechanischer Leistung liefert, wird diese mittels der dann als Generator arbeitenden Elektromaschine 38 in elektrische Lei­ stung umgewandelt, die an der durch den Pfeil 39 gekennzeichneten Stelle an ein Haushalts­ netz oder die durch Pfeil 40 gekennzeichnete Stelle an ein öffentliches Netz abgegeben wird.

Im umgekehrten Fall, in dem ein zusätzlicher Bedarf an mechanischer Leistung für die Wär­ mepumpe 4 besteht, wird die Elektromaschine 38 als Elektromotor betrieben, der seine An­ triebsleistung an der mit dem Pfeil 40' gekennzeichneten Stelle aus dem öffentlichen Netz bezieht. Alternativ hierzu ist auch eine Versorgung des Elektromotors über eine hauseigene Photovoltaikanlage denkbar.

Bis auf die zusätzliche Kopplung mit der Elektromaschine 38 unterscheidet sich die Hei­ zungsanlage nicht von der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Heizungsanlage 1.

In Fig. 6 ist dargestellt, wie in die weiter ergänzte Heizungsanlage 1" eine Photovoltaikan­ lage 41 integriert werden kann. Bei hinreichender Sonneneinstrahlung auf die Photovoltaikan­ lage 41 kann die erzeugte elektrische Energie entweder über die mit dem Pfeil 42 gekenn­ zeichnete Stelle an die Elektromaschine 38 oder das Haushaltsnetz oder das öffentliche Netz oder über die mit Pfeil 43 gekennzeichnete Stelle zu einer zusätzlichen Heizeinrichtung 44 ge­ leitet werden, die unterhalb des Wasserspiegels in dem Heizkessel 2 angeordnet ist.

Alternativ zu der Photovoltaikanlage 41 kann auch ein Sonnenkollektor eingesetzt werden, mit dem Wasser erhitzt und über einen Kreislauf zu der dann als Wärmetauscher ausgebilde­ ten Heizeinrichtung 44 geführt wird. Um einen Betrag zu der Verdampfungswärme des im Heizkessel 2 befindlichen Mediums zu liefern, muß dieses in diesem Fall so ausgewählt wer­ den, daß seine Verdampfungstemperatur deutlich unterhalb der von Wasser liegt.

Bei der in Fig. 7 abgebildeten Heizungsanlage 51 umfaßt der Kreislauf des Wärmeträger­ mediums lediglich einen hinter der Dampfmaschine 3 angeordneten und zur Abkühlung des kondensierten Wärmeträgermediums dienenden Wärmetauscher 4 und einen innerhalb des Heizkessels 2 angeordneten Wärmetauscher 45, der zur Erhitzung des Kältemittels dient. Als Wärmeträgermedium wird bei dieser Ausführungsform sinnvollerweise Alkohol verwendet.

Die Versorgung der Wärmetauscher 22, 30 und 36, die der Erzeugung von Warmwasser, der Raumheizung bzw. der Speichererwärmung dienen, erfolgt in diesem Fall durch das Kältemit­ tel. Diese Wärmetauscher 22, 30 und 36 sind in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Wärmetauscher 45 angeordnet. Im Anschluß an diese Wärmetauscher befindet sich ein Expansionsventil 11, so daß das infolge der Expansion stark abgekühlte Kältemittel im Wär­ metauscher 4 die Wärme des hinter der Dampfmaschine kondensierenden Wärmeträgermedi­ ums aufnehmen kann.

Im Anschluß an den Wärmetauscher 4 folgen im Kältemittelkreislauf der Wärmetauscher 27 zur Abkühlung beispielsweise der Abgase der Feuerungseinrichtung, der Gebäudeabluft, des Brauchwassers oder anderer Wärmequellen sowie anschließend an Wärmetauscher 36' zur Abkühlung des Pufferspeichers 33.

Nach einer Verdichtung des Kältemittels durch die Wärmepumpe 14 wird dieses dem Wärme­ tauscher 45 im Heizkessel 2 zugeführt. Die Dampfmaschine 3 und die Wärmepumpe 14 sind rotatorisch miteinander gekoppelt, wobei des weiteren noch eine Kopplung mit einer alterna­ tiv als Generator oder Elektromotor betreibbaren Elektromaschine 38 vorliegt.

Die Dampfmaschine 3 dient des weiteren noch zum Antrieb von Pumpen 46, mit denen bei­ spielsweise das Wasser durch die Heizkörper oder den Pufferspeicher gefördert werden kann.

Eine sinnvolle Ergänzung der Heizungsanlage 51 besteht schließlich noch darin, hinter dem Expansionsventil 11, wo die Temperatur des Kältemittels am niedrigsten ist, einen weiteren Wärmetauscher vorzusehen, um auf diese Weise die Anlage auch zu Kühlzwecken einsetzen zu können. Auf diese Weise kann beispielsweise einzelnen Räumen oder Kühl- bzw. Gefrier­ schränken Wärme entzogen werden.

Claims (16)

1. Heizungsanlage (1, 1', 1", 51) mit einem Heizkessel (2) für ein fließfähiges Wärmeträ­ germedium, das durch Leitungen im Kreislauf führbar ist, einem Wärmetauscher (4) zum Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträgermedium und einem in einem separa­ ten Kreislauf geführten Kältemittel, wobei dessen Kreislauf ein Expansionsventil (11), mindestens einen weiteren Wärmetauscher (27) zur Erwärmung des expandierten Käl­ temittels und eine Wärmepumpe (14) zur Kompression des Kältemittels enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkessel (2) ein Verdampfer ist, mit dem eine Dampfmaschi­ ne (3) betreibbar ist, von der die Wärmepumpe (14) antreibbar ist.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Feue­ rungseinrichtung (18) des Heizkessels (2) und/oder die Abluft eines Gebäudes und/oder die Abwässer eines Haushalts dem Wärmetauscher (27) zur Erwärmung des expandier­ ten Kältemittels zuführbar sind.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf des Wärmeträgermediums in dessen Strömungsrichtung hinter der Dampfmaschine (3) zu­ nächst einen Wärmetauscher (22) zur. Erhitzung von Warmwasser, sodann Wärmetau­ scher (30) zur Raumheizung und sodann einen Wärmetauscher (36) zur Erwärmung ei­ nes Pufferspeichers (33) aufweist und das Wärmeträgermedium in dem Wärmetauscher (4) vor Eintritt in den Heizkessel (2) erwärmbar ist.

4. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des erhitzten Wärmeträgermediums aus dem Verdampfer als Flüssigkeit entnehm­ bar und die direkt den Wärmetauschern (22, 30, 36) zuführbar ist.

5. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf des Kältemittels einen Wärmetauscher (45) zur Erhitzung des Kältemittels mit Hilfe des Wärmeträgermediums und in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter diesem Wär­ metauscher (45) zunächst einen Wärmetauscher (22) zur Erhitzung von Warmwasser, sodann Wärmetauscher (30) zur Raumheizung und sodann einen Wärmetauscher (36) zur Erwärmung eines Pufferspeichers aufweist, wobei das Kältemittel nach seiner Ex­ pansion in dem Wärmetauscher (4) von dem Wärmeträgermedium erwärmbar ist.

6. Heizungsanlage an Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium ein Alkohol ist.

7. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (27, 36') zur Erwärmung des expandierten Kältemittels in dessen Strö­ mungsrichtung einen Wärmetauscher (27) zur Abkühlung anderer Wärmequellen und sodann einen Wärmetauscher (36') zur Abkühlung eines Pufferspeichers (33) umfassen.

8. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfmaschine (3) einen beidseitig mit Dampf beaufschlagbaren Kolben (6) aufweist.

9. Heizungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) der Dampfmaschine (3) über eine gemeinsame Kolbenstange (17) mit dem Kolben (16) der Wärmepumpe (14) gekoppelt ist.

10. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfmaschine und die Wärmepumpe über eine Welle rotatorisch miteinander gekop­ pelt sind, wobei die Welle mit einer Elektromaschine koppelbar ist, die wahlweise als Motor oder als Generator betreibbar ist.

11. Heizungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine (38) mit Strom aus einer Photovoltaikanlage (41) betreibbar ist.

12. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf des Wärmeträgermediums vor Eintritt in die Dampfmaschine mittels eines Er­ hitzers überhitzbar ist.

13. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher (33) eine Mehrzahl von in einem Tank (34) angeordneten Behältern (35) aufweist, die vollständig von einem Fluid umgeben und mit einem Stoff gefüllt sind, der infolge der Erwärmung des Pufferspeichers (33) seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig ändert.

14. Heizungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (34) mit Wasser und die Behälter (35) mit Paraffin oder einem ähnlichen Fett gefüllt sind.

15. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium in dem Heizkessel (2) zusätzlich mit einer Heizeinrichtung (44) erhitzbar ist, die mit Strom aus einer Photovoltaikanlage (41) betreibbar ist.

16. Verwendung einer Dampfmaschine (3) in einer Heizungsanlage (1, 1', 1", 51) mit ei­ nem Heizkessel (2) für ein fließfähiges Wärmeträgermedium, das durch Leitungen im Kreislauf führbar ist, einem Wärmetauscher (4) zum Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträgermedium und einem in einem separaten Kreislauf geführten Kältemittel, wobei dessen Kreislauf ein Expansionsventil (11), mindestens einen weiteren Wärme­ tauscher (27) zur Erwärmung des expandierten Kältemittels und eine Wärmepumpe (14) zur Kompression des Kältemittels enthält, wobei der Heizkessel (2) ein Verdampfer ist, mit dem die Dampfmaschine (3) betreibbar ist, von der die Wärmepumpe (14) antreib­ bar ist.