DE202007015429U1

DE202007015429U1 - Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator "WKSG"

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Publication number: DE202007015429U1
Application number: DE200720015429
Authority: DE
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Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2017-11-06

Abstract

Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator dadurch gekennzeichnet, dass diese im Wesentlichen mindestens aus einem Klimaanlagen- oder Wärmepumpen-Kältemittelkreislauf mit allen vier Bauteilen einer Klimaanlage oder Wärmepumpe (Kompressor, Expansionsventil und zwei Wärmetauschern), oder mindestens aus allen vier Bauteilen eines Heizungs- oder Brauchwasser-Wärmepumpen-Systems {Kompressor, Expansionsventil, einem Wärmetauscher bzw. Kältetauscher oder -speicher und einem Wärmespeicher (mit Rohrspule oder Rohr[en] für den Kältemittelkreislauf)} besteht und zusätzlich mindestens eine Umleitung zur Wärmezufuhrquelle nach dem Kompressor führt.

Description

1. – Bezeichnung: Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator"
Die Kurz-Bezeichnung für die weiteren Erklärungen ist „W K S G" . Im weiteren Text steht für „Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Strom-Generator" die Abkürzung „W K S G"
2.1. – Das Problem:

– Strom wird immer teurer, auch für südlichere Länder, und die klimatischen Bedingungen (Globaler Klimawandel) werden extremer (Hitze- und Kältewellen)
– Diese klimatischen (Hitze- und Kälte-)Wellen werden heute in vielen Ländern in Büros und Häusern durch traditionelle Klimaanlagen (Wärmepumpen) neutralisiert, die aber noch eine Menge elektrischen Strom verbrauchen, trotz ihrer hohen Effizienz und das Stromversorgungsnetz extrem belasten (z. B. bei Hitzewellen).
– Es gibt schon die Absorber-Technik (Stand der Technik), die die Sonnenenergie nutzt, um zu kühlen. Diese Technik wird heute schon durch aufwendige große Geräte, die in der Investition sehr teuer und im Aufwand sehr hoch sind (und sich nur als Gesamtlösung für große Gebäude lohnen) genutzt, die aber trotzdem noch Strom verbrauchen.
– Es gibt noch keine wirtschaftliche, kältetechnische Einzellösung, die dem Endverbraucher zur Verfügung steht, die direkt Solarwärme oder andere Wärmequellen preiswert nutzt, um genügend Kühlung und Wärme zu erzeugen, ohne auf das Stromversorgungsnetz zurück greifen zu müssen.

2.2. – Die Lösung:

– Der „W K S G" kann mit der Wärme aus Solar-Kollektoren oder anderen Wärmequellen eine Klimaanlage und/oder Wärmepumpe betreiben.
– Durch genügend Solarwärme oder andere Wärmequellen kann der „W K S G" die nötige Kühlung produzieren und den Überschuss an Wärmeenergie in Strom und warmes Brauchwasser verwandeln und das ohne den Anschluss an das Stromversorgungsnetz. (selbstversorgendes Inselsystem)
– Je mehr brauchbare Wärme zur Verfügung steht, desto besser kann der „W K S G" für Kühlung sorgen, warmes Brauchwasser und mehr Strom produzieren.

2.3. – Anwendungsgebiet:
Entwickelt zur dauerhaften Kühlung und/oder Heizung, zum Aufheizen von Brauchwasser und nebenbei als selbständiger Stromversorger des Wärmepumpen-Systems. Zur Nutzung in Haushalten, Häusern, Kleinbetrieben, Pkws, Bussen, Schiffen oder industriell. Speziell für sonnenbegünstigte Länder und/oder mit Wärmequellenvorkommen.
3. Zusammenfassung & Erklärung des „W K S G"
Der „W K S G" besteht als Patent aus 7 Schriftseiten + 5 Zeichnungen Generell:

– Die Kurz-Bezeichnung in den Zeichnungen sind Nummern, die bei der Erläuterung von den einzelnen Komponenten meist direkt dahinter oder am Ende von Paragrafen stehen.
– Z 1, 2 .. bezieht sich auf die Zeichnungen.
– S 1, 2, .... 12 bezieht sich auf die Nummerierung der Schriftseiten.

3.1 – Funktionsweise des „W K S G"	(Siehe Seite 2)
3.2 – Haupt-Bestandteile	(Siehe Seite 3–4)
3.3 – Erklärungen der Beispiele und der Zeichnungen	(Siehe Seite 4–5)
3.4 – Generelle Erklärungen zum allgemeinen Verständnis	(Siehe Seite 5–6)
3.5 – Zusammenfassung	(Siehe Seite 7)
3.6 – Die Zeichnungen	(Siehe Zeichnungen Seite 8–12)

3.1 – Funktionsweise des „W K S G" und Erklärung

– Vereinfacht: bei einem traditionellen Kältemittelkreislauf-Ablauf (Klimaanlagen und/oder Wärmepumpen-System) entsteht durch die Komprimierung von Gas im Kompressor mehr Wärmeleistung (Wärmepumpen-System) als Stromleistung verbraucht wird (Stand der Kältetechnik und/oder Wärmepumpen-Systeme). Hinter dem Expansionsventil entsteht aber die entgegen gesetzte Kälte, die der zuggewonnenen Wärme minus Verlusten entspricht. Diese Kälte (bzw. Wärme zur Heizung bei der Wärmepumpe) gibt der Kältemittelkreislauf durch Wärmetauscher an die Umgebung ab oder durch Rohre bzw. Rohrspulen an Speicher ab. Damit teilt sich der Kreislauf in zwei Hälften: Wärmehälfte (Mitteldruck-Hälfte) und Kältehälfte (Niederdruck-Hälfte). Die Grenzlinie bei den Hälften ist zwischen Kompressor und Expansionsventil.
– Die Funktionsweise des „W K S G" basiert auf dem oben beschriebenen traditionellen Kältemittelkreislauf der Kältetechnik (Klimaanlage, Wärmepumpen-System) und das Nutzen des entstandenen Druckunterschieds (zwischen dem Generatorantrieb und dem Expansionsventil und dahinter). Dieser Druckunterschied entsteht durch Temperaturunterschiede, die den Zustand vom Kältemittel (Medium) beeinflussen (Hitze = sehr hoher Druck), (Kälte = niedriger Druck).
– Der „W K S G" nutzt diese Druckeigenschaft des Kältemittels: Wenn man das Kältemittel durch zusätzliche Wärme leitet (kritische Punkte beachten), entsteht ein höherer Druckunterschied, der als Treibkraft ausreicht für eine Turbine (Kolben-, Linear-Motor etc.), : A) die direkt an einen Generator angeschlossen wird, um den nötigen Strom für den Kompressor zu produzieren und den überschüssigen Rest-Strom in Batterien zu speichern. Falls kein Kühl- oder Heizbedarf bestehet, produziert er auch keinen Strom. Falls keine zusätzliche Wärme mehr vorhanden ist (z. B. nach Sonnenuntergang), ist in der "A Lösung" die Batterie geladen und kann diese Zeit in den meisten Fällen überbrücken. B) die mit oder ohne Stromgenerator, direkt (über Antriebswelle, Keilriemen, Zahnräder, Linearbewegung etc. mit oder ohne Kupplung) an den Kompressor angeschlossen wird (sehr effiziente Lösung kaum Energieverluste). Gesteuert je nach Kühlbedarf über ein Schliessventil, welches nur in eine Richtung mehr oder weniger Kältemittel durch lässt oder sich verschließt. Zusätzlich kann man mit einer elektrischen oder mechanischen Kupplung einen Generator in Bewegung setzen, falls der Antriebsdruck (bzw. -kraft) durch die zugeführte Wärme höher ist als der Antriebsbedarf des Kompressors und damit zusätzlich Strom produzieren. (Nachteil dieser "B Lösung" der Kompressor der Klimaanlage ist nicht unabhängig von der Wärmequelle, dementsprechend sollte die Wärmeisolierung der Speicher sehr effizient sein. (Nur in Zeichnung 2 als Beispiel erklärt und einfach in Pkws, Bussen etc. nutzbar)

– Der „W K S G" die einfachere "A Lösung" speichert die gewonnene Energie in Form von: 1.) Wärme im Wasserspeicher ab. Die dabei entstandene Kälte gibt er an die Innenräume (Klimaanlage), oder als Wasserkühler (kaltes Wasser für warme Länder im Umkehrprozess wie in Z. 4) und/oder Umgebung ab (Wärmepumpen System). 2.) Stromüberschuss vom Generator in den Batterien ab, um ihn bei Bedarf abrufen zu können wenn keine Wärme mehr zur Verfügung steht. (z. B. nachts)
– Je mehr verwendbare Hitze zur Verfügung steht, desto besser & länger arbeitet die Klimaanlage (Wärmepumpe) und der Stromgenerator.
– Wenn keine überschüssige Wärme in den Wasserspeichern vorhanden ist, kann der „W K S G" nur noch über die Energiereserven der Batterien (elektrischer Kompressor "A Lösung") als Klimaanlage oder Wärmepumpe betrieben werden. (Bei der "B Lösung", der direkten Bewegungsübertragung vom Antriebsmotor auf den Kompressor stoppt der „W K S G", da er keine zusätzliche Antriebswärme mehr zur Verfügung hat)
– Die Wärme kann auch aus anderen Quellen stammen z. B. Windenergie (Tauchsieder, Erdwärme, industrieller Wärmeüberschuss, Motorkühler, etc. ..). In diesen Erklärungen beschränkt man sich zum vereinfachen auf Solarwärme (über Solarkollektoren).
– Dementsprechend ist der „W K S G" in unserem Beispiel anwendbar in Sonnengebieten und/oder Wärmequellen die auch im Winter (hier als Wärmepumpe tätig) zur Verfügung stehen.

3.2 – Haupt Bestandteile: Der „W K S G" besteht aus den folgenden Komponenten
Handelsüblicher Wasserkreislauf wärmeleitender Flüssig-Kreislauf Öle etc.

I – offener Brauchwasserkreislauf und/oder
II – geschlossener (Heizungskreislauf) inklusive Kältemittelkreislauf, der durch die Wasser- oder Ölspeicher oder andere wärmeleitende Flüssigkeiten führt, z. B. wie bei Brauchwasserwärmepumpen-Systemen. (Stand der Technik bei Solarspeicher oder Wärmepumpen-Systemen für Heizungen und/oder Warmwasser mit Solarwärme Unterstützung). – Dieser handelsüblicher Wasserkreislauf mit Pumpe, Mischventilen und Bypass-Ventilen kann auch mit anderen wärmeleitenden Flüssigkeiten betrieben werden und wird hier nur erwähnt beschränkt (da dieser keine neue Erfindung darstellt und genügend Fachleute und Standardprodukte auf dem Markt vorhanden sind, die die Vorgaben erfüllen)

Strom-Schaltkreis Komponenten (2 für Ausfälle beim Insel-System)

– Diese handelsüblichen folgenden elektrischen Bestandteile werden auf die Erwähnung (falls benötigt) beschränkt (da diese keine neue Erfindung im Zusammenhang mit diesem Patent darstellen und genügend Fachleute und Standardprodukte auf dem Markt vorhanden sind, die die Vorgaben für den Stromschaltkreis erfüllen können. Stromschaltkreise aus Pkws oder einem Inselsystem würden schon die Vorgaben erfüllen)
– Die Strom-Schnittstellen sind an dem Generator, Laderegler und dem Wechselrichter, der den Kompressor mit Strom versorgt (falls im System vorgesehen in der "B Lösung" z. B. kann das entfallen). Ohne Wechselrichter, endet das Kabel des Generators am Laderegler bzw. an den Batterien. Der Kompressor wird dann elektrisch mit 12 V oder 24 V DC betrieben. (Oder die direkt Einspeisung vom 220 V AC Generator ins Netz)
– Wechselrichter: handelsübliche, die DC 12 V oder 24 V etc. .. in 220 V verwandeln, um bei Bedarf den Strom für den Klimaanlagenkompressor zu liefern. (Falls in dem System vorgesehen. Man kann auch 12 V DC Kompressoren nutzen und der Wechselrichter entfällt falls die Klimatisierung nur das Ziel ist und Stromproduktion unwichtig ist.).
– 12 V Batterien: handelsübliche, wartungsfreie oder Gel (Höchstverbrauch orientiert)
– Laderegler: handelsüblicher, kontrolliert den Ladeprozess und schützt die Batterien (Pkws)

Generell Erklärungen zu den Komponenten

1.) Wasserspeicher: Wasser, Öl oder wärmeleitende Flüssigkeit Puffer- (5) und oder Wärmespeicher (9) mit oder ohne Kocher (ein horizontaler Tauchsieder, um elektrische bzw. Windenergie etc.. in Form von Strom als Heizquelle zu nutzen) mit einer oder zwei Rohrspulen Die Heiz-Rohrspule in Nr. 9 sollte ca. 45 Bar druckfest sein, die Kühl-Rohrspule in Nr. 5 bis zu 20 Bar Druckfestigkeit haben (je nach Kältemittel & Temperatur). (Nr. 5 & 9)
2.) Tauchsieder oder elektrischer Kocher in dem Wasserspeicher (nur in Z. 4) (Nr. 10)
3.) Wärmequelle: bzw. hier als Solarkollektoren dargestellt (Nr. 8)
4.) Antriebsmotor: Turbinenrad, Kolben-Linearmotor etc. ... (Nr. 6)
5.) Stromgenerator: je nach System 12, 24 DC oder 220 AC (je nach Lösung) (Nr. 7)
6.) Kompressor: elektrischer 220 AC oder 12, 24 DC einfacher, oder inverter-, oder drehzahlgesteuerter oder mechanischer mit einer direkten Bewegungsübertragung vom Antriebsmotor über eine Kupplung oder ohne (je nach Lösung) (Nr. 1)
7.) Starke inverter-, oder drehzahlgesteuerte Pumpe statt Kompressor (nur in Z 5) (Nr. 11)
8.) Expansions-Ventil: einseitig (beidseitig nur in B & C in Z. 1 & Z. 4) (Nr. 2)
9.) Wärmetauscher: an der Außentemperatur mit Ventilator (Außeneinheit) (Nr. 3)
10.) Wärmetauscher: Inneneinheit mit Ventilator und Kondenswasser-Ablauf (Nr. 4)
11.) Wasserspeicher: wie (5 & 9) nur enthält er im inneren ein Verflüssigungsventil Vv (Nr. 12)
12.) verschiedene Drehventile und deren Richtungen sind zu beachten, (falls vorhanden): Va 4 Anschlüsse – 2 × 2 Wege (2L90°) Verbindung – 2 Stück 90° Drehventile leiten den Kreislauf nach draußen oder zur Inneneinheit, (immer synchron geschaltet) (Z. 3 & 4) Vb 3 oder 4 Anschlüsse – 1 × 3 Wege (T) – 2 Stück 180° Drehventil leiten zum Pufferspeicher oder zum Wärmetauscher Nr. 3 oder beide zusammen (immer zusammen geschaltet, Z. 2, 3 & 4) Vc 4 Anschlüsse – 2 × 2 Wege (2L90°) Verbindung – 1 Stück 90° Drehventil Umkehrprozess des ganzen Kreislaufs nur bei Eisbildung (in Z 4) oder für die Kalt-, Warmentscheidung (in Z. 1) Vd 2 Anschlüsse – 1 Weg regulier und schließbares Richtungsventil, nur bei Antriebsübertragung an den Kompressor als Steuerungsbeispiel für die "B Lösung" (Nur in Z 2) Vv Verflüssigungsventil lässt nur Kältemittel im Flüssigzustand durch (Nur in E, Z. 5)

Steuerungsmöglichkeiten:

1.) elektronischer Chip, der die Außeneinheit Nr. 3 steuert (gepunktete Umrandung in Z. 4)
2.) mechanisch durch den Heiz- & Kühl-Thermostat an der Inneneinheit (und falls vorhanden Thermostat am Wasserspeicher), die die Ventile 2 × Va und 2 × Vb synchron drehen und "Ein" und "Aus" Schaltung des elektrischen Kompressor bzw. Ventil Vd beim direkt Antrieb. (Falls vorhanden, der externe Eissensor mit Relais-Schalter an dem Wärmetauscher. Dieser kontrolliert bei Eisbildung den Umkehrprozess des Kreislaufs über Ventil Vc.)
3.) Manuelle Steuerung der Drehventile Va, Vb, Vc und "Ein" und "Aus" Schaltung des elektrischen Kompressor (siehe gepunktete Umrandung der manuellen Inneneinheit Nr. 4 in Z. 4) bzw. über das Schließventil Vd in der "B Lösung"

Der Wasserkreislauf: (falls in den Teillösungen vorhanden)

– Diagonal gestreifte Linien zeigen aus Verständnisgründen einige Verbindungen des Wasserkreislaufs zwischen den Wasserspeichern (nicht den kompletten Wasserkreislauf, mit Zirkulationspumpe, Misch- und Bypass-Ventilen und Brauchwasser Ein- und Auslass).
– Dieser handelsübliche Wasserkreislauf mit Pumpe wird auf die Erwähnung beschränkt (da dieser keine Neuerfindung im Zusammenhang mit diesem Patent darstellt und genügend Fachleute und Standardprodukte auf dem Markt vorhanden sind, die die Vorgaben für den Wasserkreislauf einfach erfüllen) z. B. Solarkollektoren und Wärmepumpen-Systeme zur Heizung und Warmwasserversorgung.

Der Stromschaltkreis: .(je nach Teillösungen)

– Wird in keiner Darstellung gezeigt, da dieser nur am Generator beginnt und über einen Laderegler an den Batterien endet (bzw. 220 V AC direkt eingespeist wird). Über Wechselrichterwird der Klimaanlagenkompressor mit Strom versorgt oder direkt von der Batterie bei einem 12 V oder 24 V DC Kompressor.
– Der komplette stromproduzierende Prozess wird über a.) "Ein" und "Aus" Stromschalter des elektrischen Kompressors betrieben. b.) das Schließ- & Richtungsventil Vd ein geschaltet bei der "B Lösung", mit übertragender Antriebswelle zum Kompressor (bzw. Generator mit Kupplung bei Energieüberschuss) (Z 2)
– Der handelsübliche Stromschaltkreis wird auf die Erwähnung beschränkt (da dieser nicht im Zusammenhang mit diesem Patent erforderlich ist und kein Problem darstellt) Siehe Standardprodukte, Stromschaltkreis aus einem PKW oder einem Solar-Inselsystem.

Der Kältemittelkreislauf: (je nach Teillösungen) (Alle Zeichnungen 1 bis 5)

– Alle Kreuzungen sind keine Verbindungen der Rohre, außer sie sind in dem Kältemittelkreislauf mit einem Ventil und/oder mit einer Bezeichnung versehen.

3.3 – Erklärungen der Beispiele und der Zeichnungen (Z. 1 bis 5)
A Traditioneller, einfacher Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage bzw. Wärmepumpe, veralteter Stand der Technik zum besseren Verständnis (nur auf die Darstellung begrenzt) (Z. 1)
B Die traditionelle Klimaanlage, die auch heizt (bzw. inkl. oder Wärmepumpe) (Z. 1) (Stand der Technik) mit beidseitigem Expansionsventil zum besserten Verständnis. Um den Innenraum zu heizen dreht man das Ventil Vc um 90°. So tauscht man Kälteabgabe mit der Wärmeabgabe.
C Die traditionelle Klimaanlage (kühlen-heizen) inkl. Wärmequelle betrieben. (Z. 1) Vom elektrischen Kompressor Nr. 1 fließt komprimiertes warmes Kältemittel in die Heizspule des Speichers Nr. 9. Dort wird zusätzlich Wärme an das Kältemittel abgegeben, welches den Druck erhöht. Das Kältemittel fließt (flüchtet wegen des hohen Drucks) in Richtung Niederdruck durch den Antriebsmotor Nr. 6 über das Ventil Vc direkt zur Abkühlungszone im verdoppelten oder vergrößerten Wärmetauscher Nr. 3 (der im Freien steht) zum Expansionsventil Nr. 2 in die Niederdruck-Zone. Durch das Expansionsventil (Flüssigkeit expandiert zu Gas) entsteht Kälte, die über den Wärmetauscher Nr. 4 der Inneneinheit der Klimaanlage an den Raum abgegeben wird. Das Kältemittel ist danach expandiert (durch das Expansionsventil und den Sog) und wärmer geworden (durch die Innenraumtemperatur), nur wird es nun wieder angesogen vom Kompressor Nr. 1 über Vc und so schließt sich der Kreislauf.
In C wird direkt Strom erzeugt und der Kompressor wird elektrisch betrieben.
Dieser oben erklärte Kreislauf wiederholt sich in allen folgenden Zeichnungen, nur werden Schritt für Schritt manche Komponente ausgetauscht und/oder bestimmte Umleitungen hinzugefügt.
"Die B Lösung„ (Hier dargestellt als eine von vielen Kombinationsmöglichkeiten) (Z. 2)
Das traditionelle Wärmepumpen System als Brauchwasser Heizer mit integrierter Inneneinheit einer Klimaanlage, die nur kühlen kann – wärmebetrieben.
Das ist der gleiche traditionelle Kühlkreislauf, nur mit einem zweiten Wasserspeicher Nr. 5 um die Wärme zu nutzen, als Brauchwasser-Heizer. In diesem nicht bindenden Beispiel (alle Beispiele und andere Kombinationen können auch mit der "B Lösung" betrieben werden) kann man nur die Inneneinheit zum Kühlen nutzen. Falls der Brauchwasserspeicher warm genug ist wird über die 2 Ventile Vb die Wärme direkt zum Wärmetauscher Nr. 3 geleitet. (Wie in Z 2)

– Hier als Beispiel für die "B Lösung" wird der Kompressor Nr. 1 direkt von dem Antriebsmotor Nr. 6 angetrieben. (Je nach Wärmeverbrauch, Druckvorkommen und Reserven kann man den Generator Nr. 7 direkt oder über eine Kupplung gestrichelte Linien integrieren, falls vorhanden).
– Ein- und ausgeschaltet wird bei der "B Lösung" über das Richtungs- und Schließ-Ventil Vd
– Wie schon am Anfang erläutert ist diese Lösung von höherer Effizienz und sehr preiswert, aber nicht dauerhaft einsetzbar außer mit Wärmespeichern. Für ärmere, sonnenbegünstigte Länder (z. B. Afrika etc.), könnte die "B Lösung" eine ideale, sehr preiswerte und einfache kältetechnische Lösung für Bürogebäude, Firmen oder Hallen, die nur tagsüber frequentiert werden sein. Ohne Stromgenerator und den Speichern sehr preiswert. Gekoppelt mit der Stromproduktion müssen zusätzliche Kosten beachtet werden (für Generator, Wechselrichter direkt ins Netz oder Laderegler, Batterien und/oder Wärmespeicher)

Die traditionelle Klimaanlage und Wärmepumpen Heizung (für Winter, die wärmer als 5°C sind) und als Brauchwasser-Heizer – wärmebetrieben. (Z. 3)
Das ist der gleiche Kreislauf von Z. 2 aber wieder die "A Lösung", nur hier:

1.) kann man die Inneneinheit zum Kühlen und Heizen benutzen, gesteuert über die je zweimal vorhandenen Ventile Va und Vb.
2.) ist der Kompressor Nr. 1 elektrisch betrieben und bekommt den benötigten Strom vom Stromgenerator Nr. 7. Der überschüssige Strom wird in den Batterien gespeichert. "A Lösung". – Die zwei Va Ventile entscheiden synchron, ob der Innenraum gekühlt wird über Nr. 4 oder die Kälte an die Umgebung abgegeben wird über den Wärmetauscher Nr. 3. Nur im zweiten Fall, kann man über Vb heizen, wenn die Kälte an die Umgebung abgegeben wird. – Die zwei Vb Ventile entscheiden synchron ob Brauchwasser beheizt wird in Nr. 5 (nur wenn die Kälte über die 2 Va Ventile an die Umgebung über Nr. 3 abgegeben wird), oder der Innenraum durch Nr. 4, oder beide gleichzeitig (wie der Fall in Z. 3) beheizt werden.

Die traditionelle Klimaanlage und Wärmepumpen Heizung (für kälter als 5°C) und (Z. 4) Wärmenutzung als Brauchwasser-Heizer – wärmebetrieben.

Vorraussetzung: es gibt genug Solarwärme oder eine Wärmequelle als Antriebskraft.

Das ist in allen Details der gleiche Kreislauf von Z. 3 nur mit zusätzlichem:

– Richtungswechsel-Ventil Vc, um bei Eisbildung an der Außeneinheit das Eis kurz weg zuschmelzen (wie in Z 4) und dann mit diesem Ventil Vc und den zwei Vb Ventile (180° Drehung) wieder zum normalen Kreislauf wie in Z 3 beschrieben zurück zu kehren. Die Kälte wird in diesem Beispiel nur kurz an den Brauchwasserspeicher abgegeben, während die Außeneinheit kurz enteist wird.
– Tauchsieder oder Kocher Nr. 10, nur als Beispiel, um den Strom aus der Windenergie oder anderen Stromquellen direkt als Wärmezufuhrquelle (speziell im Winter) in den Wasserspeichern Nr. 9 und Nr. 5 zu nutzen.
– Strom aus Windenergie oder anderen Quellen kann direkt zur Enteisung durch elektrische Heizung am Wärmetauscher Nr. 3 eingesetzt werden (in der Zeichnung nicht zu sehen)
– Es können auch (Stand der Technik) ein oder zwei elektronische Mehrwegventile, die 3, 4, 5, 6 und mehr Anschlüsse haben, mit einem Steuerungschip und Sensoren den Kreislauf (ähnlich wie mit den einfachen Ventilen) steuern. Nur ist dieses zeichnerisch sehr schwer darstellbar, da die Steuerung der Ventile über Sensoren im Chip durch geführt wird. (keine Zeichnung)

D Die Klimaanlage nur als Kühlung und Brauchwasserheizung mit Stromgenerator
Der vereinfachte Kreislauf ohne (Drehventile) um einen Raum kühlen zu können. Zur gleichen Zeit wird die gewonnene Wärme zur Brauchwasserheizung in Nr. 5 und/oder zur Wärmeeinsparung genutzt, da der Speicher Nr. 5 wieder (als Vorheizung) zur Wärmequelle führt. Über die zusätzliche Wärmequelle mit Kompressor und Antriebsmotor im Kältemittelkreislauf, wird wie in den Vorherigen Zeichnungen Strom generiert. (Z. 5)
E Die Klimaanlage nur als Stromgenerator (Z. 5)
Das ist der gleiche Kreislauf von D nur wird die erzeugte Kälte direkt an das Verflüssigungsventil Vv in einem Speicher abgegeben, um so wenig Strom wie möglich zu verbrauchen, in Form von Kompressionsenergie bzw. Druck von der Pumpe Nr. 11 (Die Pumpe inklusive Verflüssigungsventil ersetzen den Kompressor) Das Verflüssigungsventil gibt wechselwirkend die entstandene Kompressionswärme an den Speicher ab und wird dabei gekühlt.

– Durch ein Verflüssigungsventil und einer starken Pumpe, ist der Kältemittelkreislauf (bzw. das benötigte Mindestgasvolumen für den Kompressor, welches er braucht um funktionsfähig zu komprimieren) von einer Mindestrückfuhr-Temperatur bzw. Mindestgasvolumen befreit. (befreit von Kompressor-Temperaturbereich in dem er nur funktionieren kann darunter bei dichterem Gasvolumen oder Flüssigkeit würde der Kompressor stoppen).
– Statt wie beim Kompressor, der nur in einem bestimmten Temperaturbereich bzw. mit einem bestimmten Gasvolumen arbeiten kann, kann eine elektrische starke Pumpe (z. B. die durch höhere Drehzahl bis zu 15 Bar Druck erreicht), die drehzahlgesteuert und/oder invertergesteuert (höhere Umdrehungen = höherer Druck) in Kombination mit einem Verflüssigungsventil an Stelle vom Kompressor eingesetzt werden und so optimal in extremeren Temperaturbedingungen unabhängig Strom produzieren.
– Falls dieser Kreislauf nur zur Stromgenerierung einzusetzen wird, ist die Pumpe in Kombination mit einem Verflüssigungsventil eine zweite Option, Strom zu generieren, durch einen kältetechnischen Kältemittelkreislauf und einer zusätzlichen Wärmequelle.
– Hier steuert das Verflüssigungsventil bzw. ein Thermostat am Ventil die Drehzahl der Pumpe (bzw. den notwendigen Verflüssigungsdruck, je nach Speichertemperatur).
– Bei einem Brauchwasserkreislauf, da die Kompressionswärme an den Wasserspeicher Nr. 12 abgegeben wird, kann durch Wasserverbrauch zusätzlich das Kältemittel abgekühlt werden.
– Speziell in kalter Umgebungen kann (mit oder ohne Speicher) zur Verflüssigung die Kälte zusätzlich das Verflüssigungsventil kühlen, um weniger Strom zu verbrauchen. (z. B. Pkws, oder im nördlichen Winter)

3.4 – Generelle Erklärungen zum allgemeinen Verständnis Kältemittelverhalten z. B. bei R134a:

Kritischer Punkt ca. 100,6°C und/oder ca. 40,5 Bar Druck. Dementsprechend müssen auch die Rohrspulen in den Speichern diesem max. Druck Widerstand leisten können. Also Druckfestigkeit im Hitzebereich mindestens 45 Bar.
R134a in Flüssigform hat bei ca.
95°C, 35,6 Bar Druck (z. B. max. Wasserspeicher-Temperatur 99°C,),
80°C, 26,2 Bar Druck,
50°C ca. 13,2 Bar Druck,
20°C nur 5,7 Bar Druck und
–5°C nur noch 1,43 Bar Druck. (–26°C 0 Bar Druck im Vergleich zur Umgebung also ist es flüssig = Siedepunkt) – Hier ist der Wärmespeicherkreislauf mit vorzugsweise preiswerten Wasser als wärmeleitende Flüssigkeit gefüllt. Dadurch kann man die Temperatur unter 100°C einfacher mit einem Druckablassventil und einem Thermostatmischventilen kontrollieren und halten und so den kritischen Punkt von R134a unterschreiten (Bzw. bei kühleren Einsätzen ist vorzugsweise die Flüssigkeit, Wasser mit Frostschutz. Das Druckablassventil könnte überflüssig werden).
– Durch hinzugefügte Wärme zu der Kompressionswärme, die im Kompressor entsteht, entsteht ein noch höherer Druck im Kältemittelkreislauf, der als Antrieb genutzt wird.

– Dieses bietet sich im Alltag bei Verbrennungsmotoren z. B. Pkw-, Buskühler, Schiffen etc. regelrecht an. Dieses kann auch eine Lösung sein, effizienter die Brennstoffe zu nutzen (preiswerte Klimatisierung und/oder z. B. ein Hybrid Fahrzeug mit zusätzlichem Strom zu versorgen.) und bei Kraftwerken mehr Strom zu produzieren.
– Hat man niedrigere Wärmequellen, kommen andere Kältemittel zum Einsatz. (z. B. bis ca. 60°C so kann man R407c einsetzen, R410A bis ca. 45°C und CO2 bis 30°C etc. ..)
– Bei manchen Gasen erreicht man durch Erhitzen eine Temperatur, wo das Gas sich zersetzt oder zerfällt (eine chemische Änderung). Die daraus entstandene Substanz hat dann komplett andere Eigenschaften. Dieser Zerfallspunkt muss beachtet werden, falls dieser im Kältemittel vorhanden ist.
– Die Entflamm-Temperatur sollte auch beachtet werden z. B. bei Propan, Butan als Kältemittel.
– Ab tieferen Temperaturen redet man nicht mehr von einer Klimaanlage sonder man wechselt die Benennung zu einem Kühlaggregat, Kühlschrank, Kühltruhe, Tiefkühl ... etc..

Alle Sorten von Kühlung können mit dem gleichen Prinzip betrieben werden mit der jeweilig angepassten max. Erwärmungstemperatur, um die Entflammbarkeits-, Zerfalls- und kritischen Punkte des benutzten Kältemittels (falls vorhanden) nicht zu überschreiten.
3.5 – Zusammenfassung der "Wärmebetriebenen Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator"

– Die kältetechnische Lösung (Kältemittelkreislauf mit Expansionsventil, Kompressor etc..) kann selbständig, aus eigener Kraft mit ausreichend zugeführter Wärme ("W K S G") aus einer integrierten Wärmequelle (z. B. Solarwärme), eine Klimaanlage oder Wärmepumpe und/oder Brauchwasserheizung oder -kühlung betreiben und dabei zusätzlich Strom produzieren, ohne auf das Stromnetz oder auf andere Antriebsquellen zurückgreifen zu müssen. (Insel-System)
– Die benötigte Dreh- oder Linear-Bewegung des Kompressors für das Zirkulieren des Kältemittels im Kältemittelkreislauf erfolgt entweder... A.)... indirekt über einen Stromgenerator, der direkt am Antriebsmotor im Kältemittelkreislauf angeschlossen ist, der den Strom für den elektrisch steuerbaren Kompressor liefert oder generiert und den überschüssigen Strom in Batterien speichert oder ins Netz weiterleitet. oder B.)... direkt: mit einem mechanischen Kompressor, der direkt am Antriebsmotor im Kältemittelkreislauf angeschlossen ist, gesteuert über ein Schließ- und Richtungsventil im Kältemittelkreislauf. Hier kann auch zusätzlich Strom generiert werden.
– Eine Pumpe in Kombination mit einem Verflüssigungsventil kann den Kompressor ersetzen, um sich von vorgeschriebenen Minimaltemperaturbereichen (bzw. Gasvolumen) der Kompressoren zu befreien.

Schlusswort

– Man kann diesen Kreislauf vielseitig erweitern. Man schließt z. B. die Kälteumleitung bei der Enteisung an Erdwärme an, oder Kellerwärme oder mehrere Wärmequellen oder mehrere Außeneinheiten oder Inneneinheiten etc. ... an. Alle erläuterten Beispiele sind nicht als bindende Beispiele zu sehen, sonder als einige Lösungsbeispiele (bzw. Teillösung) der vielen möglichen Kombinationen des „W K S G", die zuvor im von mir eingereichten KSWGS und/oder im SWKS schon erläutert worden sind.

3.6 – Die Zeichnungen (Siehe Zeichnung auf Seiten 8 bis 12)

Claims

Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator dadurch gekennzeichnet, dass diese im Wesentlichen mindestens aus einem Klimaanlagen- oder Wärmepumpen-Kältemittelkreislauf mit allen vier Bauteilen einer Klimaanlage oder Wärmepumpe (Kompressor, Expansionsventil und zwei Wärmetauschern), oder mindestens aus allen vier Bauteilen eines Heizungs- oder Brauchwasser-Wärmepumpen-Systems {Kompressor, Expansionsventil, einem Wärmetauscher bzw. Kältetauscher oder -speicher und einem Wärmespeicher (mit Rohrspule oder Rohr[en] für den Kältemittelkreislauf)} besteht und zusätzlich mindestens eine Umleitung zur Wärmezufuhrquelle nach dem Kompressor führt.
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösung mit integriertem Stromgenerator, zwei Energiespeicher-Formen und/oder Abnahmemöglichkeiten (Wärme und Strom) angeschlossen sind und dass die Anschlussmöglichkeit weiterer Energiespeicher-Formen (falls vorhanden) besteht.
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Kompressor der kältetechnischen Lösung: aus eigener Kraft (aus der integrierten Wärmezufuhrquelle) stammt, ohne auf andere externe Energiequellen zurück greifen zu müssen A.) Beim elektrischen Kompressor stammt der Strom aus selbst generiertem Strom vom Stromgenerator, der an den Antriebsmotor angeschlossen ist. (Elektrische Lösung), und/oder B.) Beim mechanischen Kompressor stammt die Bewegung direkt vom Antriebsmotor, über eine Bewegungsübertragung (Welle, Keilriemen, Zahnrad, Linear-Bewegung, etc. ..) mit oder ohne Kupplung. (Mechanische Lösung)
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor des Stromgenerators (bzw. des Kompressors bei der mechanischen Lösung) direkt nach der Umleitung zur Wärmezufuhrquelle (die hinter dem Kompressor im Kältemittelkreislauf Wärme hinzufügt), platziert ist. Die Reihenfolge in der Wärmehälfte (Flüssighälfte) ist: Kompressor, Wärmezufuhrquelle(n) dann Antriebsmotor.
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf nicht direkt, sondern indirekt, über einen Wärmespeicher (mit integrierter Rohrspule oder Rohr[en] für den Kältemittelkreislauf), der mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit (Wasser, Ölen, etc. ..) gefüllt ist, durch einen zweiten Wärmespeicherkreislauf (Wasser, Olen, etc..) an die Wärmezufuhrquelle(n) angeschlossen ist.
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche elektrische Energiequellen (z. B. Windenergie, falls in der Lösung vorhanden) an den Stromschaltkreis und über Kocher bzw. als zusätzliche Heizung in den Wärmespeichern integriert werden und dass die Anschlussmöglichkeit besteht andere (bzw. erneuerbare) Energiequellen (z. B. Erdwärme, etc. ...) zu integrieren.
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei bzw. drei getrennten: Kältemittelkreislauf, Wasserwärmespeicherkreislauf (oder Öl etc.) und Stromschaltkreis (falls vorhanden), sich in dem Wasserwärmespeichern (oder Öl etc.) vereinen, dort angeschlossen und integriert sind.
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrere (2 × 2) Wegeventile mit 4 Anschlüssen und/oder mehrere (1 × 3) Wegeventile mit 3 Anschlüssen (bzw. 4 Anschlüssen) und/oder ein oder mehreren elektronischen Mehrwegventilen (mit vielen Anschlüssen 4, 5, 6 etc.), die im Kältemittelkreislauf platziert sind, die Auswahl (durch Umleitungen oder Verdrehung des Kreislaufs) zwischen dem Heizen oder dem Kühlen von Wasserspeichern und/oder von Räumen gesteuert wird.
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Wärmequellennutzung... (bzw. die Steuerung der Energieausbeute aus der regulierten Temperatur der Wasserwärmespeicher [bzw. Öle etc..], durch mehr oder weniger Zirkulation im Kältemittelkreislauf stattfindet) A.) ... bei der elektrischen Lösung: über einen drehzahlgesteuerten oder invertergesteuerten elektrischen Kompressormotor oder durch Aus- und Einschalten eines traditionellen, elektrischen Kompressormotors gesteuert und kontrolliert wird. B) ... bei der mechanischen Lösung: hauptsächlich über ein Öffnungs- und Schließventil welches vor oder hinter dem Kompressor im Kältemittelkreislauf platziert ist, gesteuert und kontrolliert wird. (Falls die Bewegungsübertragung über eine Kupplung und/oder ein Getriebe stattfindet, werden diese in die Steuerung einbezogen.)
Wärmebetriebene Klimaanlage mit oder ohne Stromgenerator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass (um unabhängig vom Gasvolumen [bzw. der Temperatur] des Kältemittels im Rücklauf zum Kompressor zu sein)... a.) ... anstelle vom Kompressor eine drehzahlgesteuerte oder invertergesteuerte elektrische starke Pumpe in Kombination mit einem Verflüssigungsventil eingesetzt wird. b.) ... Kältequellen (Brauchwasser, Umgebung, Winterkälte etc. .. falls vorhanden) und durch den Kältemittelkreislauf produzierte Kälte (falls die Kälte nicht benötigt wird) zum Verflüssigungsventil umgeleitet werden, um den Kompressionsaufwand (bzw. Energie- oder Stromverbrauch der Pumpe) zu minimieren (bzw. die Stromerzeugung zu maximieren).