DE2528736A1

DE2528736A1 - Waermepumpe mit thermischem antrieb

Info

Publication number: DE2528736A1
Application number: DE19752528736
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr Herrmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1977-01-13

Description

Hans Herrmann, Essen

Wärmepumpe mit thermischem Antrieb

Patentbeschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung unter Verwendung einer Wärmepumpe mit thermischer Antriebsenergie, insbesondere für Raumheizung, Klimatisierung, Wassererwärmung und verfahrenstechnische Prozesse.

Bei der Heizung mit Wärmepumpen wird unter Verwendung von wenig Energie mit höherer möglicher Temperatur viel Energie mit niedrigerer Temperatur im Temperaturniveau angehoben.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse Wärmepumpen nach dem Verdichtungs- oder dem Absorptionsprinzip zu verwenden.

Verdichter-Wärmepumpen werden meist mit Elektromotor angetrieben. Sie erreichen bei üblicher Auslegung eine Leistungsziffer (Verhältnis von abgegebener Energie zu Antriebsenergie) von ca. 3. Wird der Strom mit einer Wärmekraftmaschine erzeugt, so geschieht dies mit einem Wirkungsgrad von ca. 1/3. Die Primärenergie ist dann also nicht viel besser ausgenutzt, als wenn sie unmittelbar zur Heizung verwendet würde.

Absorber-Wärmepumpen verwenden einen Brenner oder ein heisses Medium zur Beheizung des Kochers. Ihre Leistungsziffer liegt bei bei üblicher Auslegung bei 1,5, d.h. auch nur wenig höher, als wenn die Heizenergie unmittelbar wirksam würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Antriebsenergie für Verdichter-, Absorber- und Dampfstrahl-Wärmepumpen möglichst vollständig für die Abgabe der Nutzwärme zu verwenden.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei der Verdichter-Wärmepumpe dadurch gelöst, dass diese nicht von einem Elektromotor, sondern von einer Wärmekraftmaschine angetrieben wird, deren Abwärme ebenfalls zur Wärmeabgabe an das aufzuheizende Medium herangezogen wird, bei der Absorber-Wärmepumpe dadurch, dass das Heizmedium nach dem Durchlaufen des Kochers seine Restwärme an das aufzuheizende Medium abgibt.

Bei einer Verdichter-Wärmepumpe kann das Abgas, der Abdampf und/oder das Rauchgas des Verdichterantriebs zunächst ein Medium mit hoher Temperatur weiter aufheizen, danach weitere Wärme an ein Medium mittlerer Temperatur und/oder an das heisse Kreislauf medium abgeben und schliesslich weitere Energie an das kalte Kreislaufmedium und/oder an das- wärmeabgebende, kalte Medium abgeben, ehe sie das Aggregat verlässt.

Bei einer Absorber- oder Dampfstrahl-Wärmepumpe kann das Heizmedium zunächst den Kocher heizen, dann das zu heizende Medium und/oder die heissen Kreislaufmedien und schliesslich das kalte Kreislaufmedium und/oder das wärmeabgebende, kalte Medium, ehe es das Aggregat verlässt.

Eine mehrstufige Wärmeabgabe bei jeweils möglichst kleiner Temperaturdifferenz ist nötig, um ein hohes Leistungsverhältnis zu erhalten. Die Wärmeabgabe an die heissen Kreislaufmedien oder an das-kalte, wärmeabgebende Medium ist wärmetechnisch nachteilig, kann aber aus konstruktiven Gründen zweckmässig sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der hohen Ausnutzung der Primärenergie und der entsprechend niedrigen Umweltbelastung. Beim Antrieb der Verdichter-Wärmepumpe durch einen Öl- oder Gasmotor und üblicher Auslegung des Wärmepumpen-Kreisprozesses für Wohnungsheizung beträgt die abgegebene Wärmeleistung ca. 200 # der Brennstoffleistung. Im Vergleich dazu erreicht ein gas— oder ölgefeuertes Heizkraftwerk, dessen erzeugte elektrische Energie zum Antrieb von Wärmepumpen für Wohnungen, und dessen Heizenergie ebenfalls für Wohnungen ver-

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wendet wird, bei vergleichbarer Auslegung nur ca. 150 $. Dies rührt auch daher, dass der Wärmepumpenprozess die Abwärme des Antriebs theoretisch bis zur Temperatur der Umgebung verwerten kann, der Heizkraftwerksprozess dagegen nur bis zur Raumtemperatur. Ausserdem ist bei Wärmepumpenheizung nur wenig 01 oder Gas in nur einer Richtung zu transportieren (weniger als bei herkömmlicher Heizung!), bei der Fernwärmeversorgung dagegen viel Heizwasser hin- und zurückzuleiten.

Bei der Absorber-Wärmepumpe kann die "Antriebswärme" theoretisch ebenfalls nicht nur bis herab zur Temperatur des zu heizenden Mediums genutzt werden, sondern bis zur Temperatur der Umgebung, Luft, Wasser oder Erdboden. Im Fall der Verwendung von Heisswasser als Antriebsenergie ist damit auch die Umwälzmenge geringer.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Bild 1 zeigt eine Verdichter-Wärmepumpe mit Gasmaschinenantrieb und einem Fluor-Kältemittel als Kreislaufmedium. Sie besteht aus Verdichter (1), Wärmeübertrager vom heissen Kreislaufmedium an Warmwasser (2), Drossel (3)» Wärmeübertrager von Aussenluft an das kalte Kreislaufmedium (4), Gasmaschine (5), Wärmeübertrager vom Abgas an Heisswasser (6) und an Warmwasser (7), und Wärmeübertrager vom Abgas an das kalte Kreislaufmedium (8). Die zugeführte Wärme kommt vom Gas des-Antriebsmotors (G), die teilweise in das Abgas (A) übergeht, und von kalter Luft (L) der Umgebung. Die abgeführte Wärme ist in Heisswasser (HW) und Warmwasser (WW) enthalten.

Eine einfachere Ausführung verzichtet auf Wärmeübertrager (6), eine weitere führt das Abgas lediglich über einen zusätzlichen, nicht eingezeichneten Wärmeübertrager, der das verdichtete Kreislaufmedium weiter aufheizt, und anschliessend über Wärmeübertrager (8) oder unmittelbar ins Freie.

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Zur Regelung der Wärmeleistung kann die Gasmaschine freauenzgeregelt sein und/oder im Aussetzbetrieb arbeiten, wobei für Heiss- und Warmwasser grössere Speicherbehälter angeordnet werden. Für kleinere Anlagen wird eine Not- oder Zusatzheizung mit Heizkessel z.B. für feste Brennstoffe vorgesehen. Die Gasmaschine hat einen vom Stromnetz unabhängigen Anlasser. Die Wärmeübertrager (2), (7), (4) und (8) können zusätzlich auch Kanäle für Abluft und Abwasser aus Haushalten usw. haben, deren Temperatur entsprechend höher als die der Umgebung ist. Bei grosseren Anlagen kann statt Drossel (3) eine Entspannungsmaschine verwendet sein, und ein weiterer Verdampfer (4) einem Kühlraum die Wärme entziehen.

Bild 2 zeigt eine Absorber-Wärmepumpe. Sie besteht aus Kocher (1), Verflüssiger (2), Drossel für Kältemittel (3), wasserbeheiztem Verdampfer (4), luftbeheiztem Verdampfer (5), Drossel für arme Lösung (6), Absorber (7), Pumpe für reiche Lösung (8) und Wärmeübertrager von Heisswasser an Warmwasser (9). Die zugeführte Wärme kommt von Heisswasser (HW) z.B. 'einer Fernheizung und von kalter Umgebungsluft (L). Die abgeführte Wärme ist in das Warmwasser (WW) einer Wohnungsheizung gegangen.

Eine andere Ausführung erzeugt mit Absorber (7), Verflüssiger (2) und Wärmeübertrager (9) verschieden warmes Wasser oder verwendet auch Abluft zur Wärmezufuhr in einem weiteren Verdampfer (5) oder entwässert mit einem Verdampfer (5) die Zuluft einer Klimaanlage.

Bei einer wärmebeheizten Dampfstrahl-Wärmepumpe wird Heizwärme in ähnlicher Weise zunächst an den Treibdampf, dann an das wärmeaufnehmende Medium beim Verflüssigerteil und schliesslich an das kalte Kreislaufmedium im Verdampferteil abgegeben.

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Claims

Hans Herrmann, Essen · £· Wärmepumpe mit thermischem Antrieb Pat entansprüehe:

1. Wärmepumpe mit thermischer Antriebsenergie, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmedium nach dem Verlassen des Antriebsteils einen oder nacheinander mehrere Wärmeübertrager durchströmt, mit denen ,jeweils ein Teil seiner Abwärme an das zu heizende Medium bzw. an das heisse Kreislaufmedium bzw. an das kalte Kreislaufmedium bzw. an das wärmeabgebende, kalte Medium abgegeben wird.

2. Verdichter-Wärmepumpe mit Antrieb durch Wärmekraftmaschine, insbesondere mit Gas- oder Ölmotor und zur Raumheizung, Warmwassererzeugung und Klimatisierung, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas oder der Abdampf und/oder das Rauchgas des Antriebsaggregats einen oder nacheinander mehrere Wärmeübertrager "bzw· Verflüssiger oder Verdampfer durchströmt und dort seine Wärme an die zu heizenden Medien und/oder das heisse oder kalte Kreislaufmedium und/oder das wärmeabgebende, kalte Medium abgibt.

3. Absorber- oder Dampfstrahl-Wärmepumpe mit thermischer Heizenergie, insbesondere zur Aufheizung eines Mediums auf vergleichsweise niedrige Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium nach dem Durchlauf durch den Kocher einen oder nacheinander mehrere Wärmeübertrager bzw. Verflüssiger oder Verdampfer durchströmt, wo es weitere Energie an das aufzuheizende Medium und/oder die heissen oder kalten Kreislaufmedien und/oder das wärmeabgebende, kalte Medium abgibt.

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