DE202004014710U1 - Klimaanlage mit Stirlingmotor - Google Patents
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Abstract
Klimaanlage
mit Stirlingmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirlingmotor
so an die Klimaanlage angebaut und integriert wird, dass die thermischer
Energie aus der Abwärme
an den Stirlingmotor durch Rohre so herangeführt wird, dass das Expansionsgas
im Stirlingmotor sich ausdehnt, der Kolben angehoben und damit der
erste Arbeitsschritt des Motors eingeleitet wird. Der zweite Arbeitsschritt
des Stirlingmotors wird durch die abgekühlte Luft aus der Klimaanlage
eingeleitet, wobei der zweite Kolben den weiteren Arbeitsschritt
vollzieht. Über ein
Gestänge,
das mit den Kolben verbunden ist, wird ein Ventilator oder ein elektrischer
Generator angetrieben. Dadurch wird elektrische oder mechanische
Energie gewonnen.
Description
- Anwendungsgebiet
- Die Erfindung Klimaanlage mit Stirlingmotor wird dort eingesetzt wo Temperaturunterschiede ausgeglichen werden sollen, insbesondere im Heimbereich und in einem großen Umfange auch im industriellen Bereich. Die Koppelung von Klimaanlagentechnologie nach dem Stand der Technik mit einem Stirlingmotor hat den Vorteil, dass entstehende Warmluft nicht oder nur in geringem Umfang nach außen abgeleitet werden muss. Die restliche Warmluft kann nach dem Stand der Technik behandelt werden.
- Stand der Technik
- Innen- und Außenzonen-Klimaanlagen werden üblicherweise so installiert, dass die entstehende Abwärme nach außen abgeführt wird. Dies erfordert häufig Mauerdurchbrüche oder separate Öffnungen an Fenstern, durch die die warme Abluft geführt wird. Nach dem Stand der Technik sind auch Klimaanlagen im Einsatz, die über Kondensatoren die entstehende warme Abluft kühlen und das entstehende Kondensatwasser in einer Wanne auffangen, die von Zeit zu Zeit entleert werden muss. Auch sind Sorptionstrockner im Einsatz. Weitere Einsatzgebiete von Klimaanlagen sind in Kfz. Klimaanlagen nach dem Stand der Technik können sowohl für die Kühlung als auch für die Heizung eingesetzt werden.
- Literatur
-
- – Rietschel, Hermann: Heiz- und Raumlufttechnik; ISBN 3-540-54466-6, ISBN 3-540-57011-X, ISBN 3-540-57180-9.
- – Schlapmann, Dietrich: Heizung, Luft- und Klimatechnik; ISBN 3872476084
- – Deh, Ulrich: Kfz-Klimaanlagen, ISBN 3802319494
- – Baumgarth, Siegfried et al.: Handbuch der Klimatechnik in 2 Bänden; ISBN 3788075775
- – Kubiak Elektroinstallationen: Mobiles Kompakt-Raumklimagerät; Mobiles Split-Raumklimagerät
- Nachteile des Standes der Technik
- Vorhandene Innenzonen- und Außenzonen-Klimaanlagen nach dem Stand der Technik benötigen in der Regel eine separate Abluftführung, die entweder durch das Dach geführt wird oder durch Mauerdurchbrüche und Fensteröffnungen. Dadurch werden Klimaanlagen wenig flexibel. Sie sind mit der Abluftführung fest verbunden. Klimaanlagen für bewohnte Räume können also nicht problemlos von einem Raum zum anderen gewechselt werden. Industrielle Klimaanlagen erfordern einen hohen klimatechnischen Aufwand im Hinblick auf die Verrohrung der Abluftführung und der Luftzuführung.
- Klimaanlagen, die auch für den mobilen Einsatz geeignet sind, kühlen die entstehende warme Abluft mit Wasser oder anderen Kühlmitteln. Das in der warmen Abluft gebundene Wasser kondensiert und tropft in eine im Gerät befindliche Wanne, die von Zeit zu Zeit entleert werden muss, so genannte Zweischlauchtechnik. Nach dem Stand der Technik sind auch Sorptionstrockner im Einsatz, die die Luftfeuchtigkeit reduzieren.
- Aufgabe der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung Klimaanlage mit Stirlingmotor besteht darin, eine Klimaanlage zu schaffen bei der die erwärmte Abluft nicht oder nur in geringem Umfange abgeführt werden muss und in einem mit der Klimaanlage gekoppeltem System genutzt werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, dass in das System der Klimaanlage ein Stirlingmotor so integriert wird, dass die thermische Energie in eine andere Energieform überführt wird. Erfindungsgemäß wird die thermische Energie der Klimaanlage in elektrische und/oder mechanische Energie umgewandelt.
- Das Wirkprinzip der Klimaanlage mit Stirling Motor ist die Ausnutzung des Temperaturunterschieds zwischen zwei Wärmereservoiren, der durch den Stirlingmotor zur Erzeugung mechanischer Arbeit genutzt wird.
- Das Arbeitsmedium befindet sich in einem geschlossenen Kreislauf, wird also nicht verbraucht. Die Art der Wärmequelle ist beliebig.
- Das Arbeitsmedium kann Wasserstoff oder Helium sein (vorzugsweise Helium wegen der Nicht-Brennbarkeit).
- Das Arbeitsmedium des Stirlingmotors bewegt sich zwischen heißem und kaltem Wärmereservoir hin und her und durchströmt dabei den sog. Regenerator. Die beiden Reservoire sind mit je einem Kolben versehen und bewegen sich je nach der Ausdehnung des Mediums im Reservoir. Die beiden Kolben sind über eine Mechanik so miteinander verbunden, dass über den Kolbenhub eine Drehbewegung entsteht, ähnlich wie bei der Kraftübertragung beim Automotor bei dem die Kolbenhübe durch eine Pleuelstange in Drehbewegungen umgesetzt werden können.
- Die Aufgabe der Erfindung war es diese Drehbewegungen zum Antrieb eines Stromgenerators zu nutzen und/ oder zum Drehen eines Ventilators, der die Luft der Klimaanlage umwälzt.
- Die erfindungsgemäße Klimaanlage mit Stirlingmotor kann in der Innenzonenklimatisierung, der Außenzonenklimatisierung und der Kfz-Klimatisierung eingesetzt werden.
- Die Aufgabe der Erfindung war es, die bei der Abkühlung der Raumluft durch die Klimaanlage entstehende Wärme so zu nutzen, dass sie nicht wie üblich über ein Rohrsystem an die Außenluft abgeführt werden muss. Dadurch entfallen bauliche Maßnahmen, die mit der Installation der Klimaanlage verbunden sind.
- Nach den thermodynamischen Grundgesetzen ist es jedoch nicht möglich die Abwärme zu vermeiden.
- Bestehende Klimaanlagen können daher sowohl als Kältemaschine als auch als Wärmemaschine verwendet werden. Solche Maschinen befinden sich bereits am Markt. Die Aufgabe der Erfindung war es nun, ein System zu entwickeln, das die Eigenschaften einer (mobilen) Klimaanlage nutzen kann und die entstehende Abwärme möglichst beseitigt. Die nicht vollständig nutzbare Abwärme kann durch eine Wärmedämmung und/oder Wie schon erwähnt kann aus thermodynamischen Gründen das Problem nur bedingt gelöst werden mit entsprechenden Isolierungen und/oder Wärmespeichern.
- Die Aufnahme von Wärme durch die Wärmespeicher ist aber zeitlich limitiert durch die Wärmekapazität des Speichermediums. Für die Speicherung thermischer Energie stehen so genannte „Phase Change Materials", bzw. Latentwärmespeicher zur Verfügung, die in Kombination mit dem Stirlingmotor für die Nutzung thermischer Energie eingesetzt werden können (z.B. US Patent 4572864). Damit ist erfindungsgemäß die Aufgabe der Wärmeabfuhr gelöst.
- Für die Umwandlung der thermischen Energie in eine andere Energieform bietet sich der Stirlingmotor an, da mit ihm sowohl mechanische Energie erzeugt werden kann als auch – wenn er als Generator betrieben wird – elektrische Energie.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Koppelung eines Stirling Motors mit einer Klimaanlage ermöglichen. Dazu wurden vorhandene Konstruktionsprinzipien verwendet, die eine direkte technische Umsetzung ermöglichen (z.B.www.bekkoame.ne.jp/-khirata/).
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Stirlingmotor mit dem Bereich der Klimaanlage zu verbinden, der die heißeste Abwärme erzeugt. Die Effizienz des Stirlingmotors wird dadurch umso höher, je größer die Temperaturdifferenz ist.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es die thermische Energie in mechanische oder elektrische Energie umzuwandeln.
- Erfindungsgemäß kann die umgewandelte thermische Energie in Form von elektrischer Energie zum Betrieb des Ventilators der Klimaanlage verwendet werden oder für Beleuchtungselemente. Bei Umwandlung der thermischen Energie in mechanische Energie kann ein Ventilator direkt mit dem Stirlingmotor verbunden werden. Der Ventilators ändert in Abhängigkeit von der Temperatur seine Umdrehungsgeschwindigkeit, da die Effizienz des Stirlingmotors auch von der Temperaturdifferenz abhängt oder elektrische Energie, die teilweise wieder zum Betrieb der Klimaanlage genutzt werden kann oder für andere Zwecke, wie z.B. Beleuchtungen oder den Betrieb von elektrischen Geräten.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrische Energie, die der Motor erzeugt in einen für elektrische Geräte relevanten Nutzbereich liegt (etwa für Kaffeemaschinen oder Rührgeräte) umzuwandeln. Dies erfolgt mit Spannungswandlern nach dem Stand der Technik. Bei Nutzung der mechanischen- Drehenergie kann erfindungsgemäß eine Drehzahlbegrenzung nach dem Stand der Technik eingesetzt werden.
Claims (16)
- Klimaanlage mit Stirlingmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirlingmotor so an die Klimaanlage angebaut und integriert wird, dass die thermischer Energie aus der Abwärme an den Stirlingmotor durch Rohre so herangeführt wird, dass das Expansionsgas im Stirlingmotor sich ausdehnt, der Kolben angehoben und damit der erste Arbeitsschritt des Motors eingeleitet wird. Der zweite Arbeitsschritt des Stirlingmotors wird durch die abgekühlte Luft aus der Klimaanlage eingeleitet, wobei der zweite Kolben den weiteren Arbeitsschritt vollzieht. Über ein Gestänge, das mit den Kolben verbunden ist, wird ein Ventilator oder ein elektrischer Generator angetrieben. Dadurch wird elektrische oder mechanische Energie gewonnen.
- Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die restliche Abwärme aus der Klimaanlage, die nicht über den Stirlingmotor in elektrische oder mechanische Energie umgewandelt wurde, durch Latenzwärmespeicher nach dem Stand der Technik aufgefangen wird und somit nicht über die Abluft der Klimaanlage in zu kühlende Innenzonen kommt.
- Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie integrierbar ist in mobile Klimaanlagensysteme.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in stationäre Anlagen integrierbar ist.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Kfz-Klimaanlagen integrierbar ist.
- Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie bisherige Kfz-Klimaanlagen ersetzen kann.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehende elektrische Energie zum Betrieb des Anlagenventilators verwendet werden kann.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungssystem direkt mechanisch über eine Verbindung zwischen Stirlingmotor gekoppelt ist.
- Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungssystem vom Stirlingmotor mechanisch angetrieben wird.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie für den mobilen Einsatz geeignet ist.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie für den stationären Einsatz geeignet ist.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorhandene, dem Stand der Technik entsprechende Klimaanlagen mit einem Stirlingmotor nachgerüstet werden können.
- Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirlingmotor bei Klimaanlagen nach dem Stand der Technik, die thermische Energie in mechanische Energie umwandelt.
- Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirlingmotor bei Klimaanlagen nach dem Stand der Technik, die thermische Energie in elektrische Energie umwandelt.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirlingmotor an die jeweilig erforderliche elektrische Leistungsfähigkeit angepasst werden kann.
- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirlingmotor an die jeweilig erforderliche mechanische Leistungsfähigkeit angepasst werden kann.
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- 2004-09-21 DE DE202004014710U patent/DE202004014710U1/de not_active Expired - Lifetime
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