DE2634877A1 - Heat pump for swimming pool heating systems - uses combustion energy to evaporate cooling medium, to drive motor - Google Patents

Heat pump for swimming pool heating systems - uses combustion energy to evaporate cooling medium, to drive motor

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DE2634877A1 DE19762634877 DE2634877A DE2634877A1 DE 2634877 A1 DE2634877 A1 DE 2634877A1 DE 19762634877 DE19762634877 DE 19762634877 DE 2634877 A DE2634877 A DE 2634877A DE 2634877 A1 DE2634877 A1 DE 2634877A1
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Abstract

The heat pump is esp. for heating systems, having a cooling medium circuit and a motor to operate a heat pump compressor. Compressor and motor are located on a common shaft. The energy from a combustion process serves for the evaporation of the cooling medium, which drives the motor (10). The cooling medium for this process is branched off the cooling medium circuit (1) of the heat pump, and is returned to it via the motor. Motor and compressor (3) are formed as a piston engine, the crank case of which has the same pressures in motor and compressor areas. The pressure in the crank case corresponds to the pressure on the suction side of the compressor. The combustion process may be actuated via a pressure regulator (21) and/or a thermostat (20).

Description

Wärmepumpe, insbesondere für den Betrieb von Heizungen"Heat pump, especially for the operation of heating "

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, insbesondere zum Betrieb von Heizungen mit einem Kältemittelkreislauf und einem zum Betrieb eines Wärmepumpenkompressors dienenden Motor, dessen Energie aus einem Verbrennungsprozeß stammt, wobei Kompressor und Motor auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind.The invention relates to a heat pump, in particular for operating Heaters with a refrigerant circuit and one for operating a heat pump compressor Serving engine, the energy of which comes from a combustion process, with a compressor and motor are arranged on a common shaft.

Das vorzugsweise Anwendungsgebiet der Erfindung sind Raumheizungen, z.B. Heizungen von Hallenbädern, Wohnhäusern, Einfamilienhäusern o.dgl., welche sich Wärmequellen mit niedrigem Temperaturniveau bedienen.The preferred field of application of the invention is space heating, e.g. heating systems for indoor swimming pools, residential buildings, single-family houses or the like use heat sources with a low temperature level.

Hierfür kommt die Wärme des Erdbodens, von Quell- oder Grundwasser, aber auch der Außenluft oder von Abwärmequellen in Betracht. Die aus diesen oder anderen Wärme quellen stammende Wärme wird einem in den Kältemittelkreislauf eingebauten Verdampfer zugeführt, und das Kältemittel dient als Transportmittel für diese Wärme.For this purpose, the heat from the ground, from spring or groundwater comes, but also the outside air or waste heat sources. Those from these or Heat from other heat sources is built into the refrigerant circuit Evaporator supplied, and the refrigerant serves as a means of transport for this heat.

Zu diesem Zweck wird das Kältemittel durch einen Kompressor in einen Kondensator geführt, wo es die Wärme an das Heizmedium abgibt. Das zurückfließende Kältemittel wird über ein Reduzierventil in den Verdampfer geleitet. Derartige Wärmepumpen sind bekannt (Zeitschrift Elektrowärme international, Bd. 30 (1972) Nr. A 1 S. A39/A43).For this purpose, the refrigerant is through a compressor fed into a condenser, where it transfers the heat to the heating medium. The flowing back Refrigerant is fed into the evaporator via a reducing valve. Such heat pumps are known (magazine Elektrowärme international, Vol. 30 (1972) No. A 1 p. A39 / A43).

Bei der bekannten Wärmepumpe erfolgt der Antrieb des Kompressors mit Hilfe eines Elektromotors und damit durch die Energie aus dem Stromnetz. Andererseits sind Kälteerzeugungsanlagen bekannt, deren Kompressor von einem Rotationskolbenmotor angetrieben wird; der Motor wird bei diesen Anlagen mit Erdgas betrieben. Zum Antrieb dient ein Rotationskolben, während ein anderer Rotationskolben als Kompressor wirkt. Eine solche -Anlage hat den Vorteil einer raumsparenden Bauart und eignet sich dadurch auch für die eingangs beschriebene Wärmepumpe,,insbesondere für das vorzugsweise Anwendungsgebiet der Erfindung.In the case of the known heat pump, the compressor is also driven With the help of an electric motor and thus through the energy from the power grid. on the other hand refrigeration systems are known whose compressor is from a rotary piston engine is driven; the engine in these systems runs on natural gas. To the drive one rotary piston is used, while another rotary piston acts as a compressor. Such a system has the advantage of a space-saving design and is therefore suitable also for the heat pump described above, especially for the preferably Field of application of the invention.

In der bekannten Bauform hat sie Jedoch Nachteile.In the known design, however, it has disadvantages.

Das Schmiermittel des Motors ist erheblich heißer als das Schmiermittel des Kompressors. Die als Schmiermittel dienenden Öle müssen daher getrennt gehalten werden. Das ergibt erhebliche Abdichtungsschwierigkeiten, die bislang nicht befriedigend gelöst werden konnten. Es hat sich auch gezeigt, daß der insbesondere für Heizungsanlagen der eingangs beschriebenen Ausbildung zu fordernde, weitgehend wartungsfreie Betrieb bisher nicht erzielt werden konnte, weil die im Erdgas neben Methan enthaltenen Gaskomponenten Rückstände bilden und zum Teil Korrosionen verursachen. Zudem ist es gelegentlich nachteilig, daß feste Brennstoffe, wie z.B. Koks und Kohle, nicht ohne tzeiteres in dem Verbrennungsprozeß verwertet werden können.The engine lubricant is considerably hotter than the lubricant of the compressor. The oils used as lubricants must therefore be kept separate will. This results in considerable sealing difficulties that have not been satisfactory so far could be solved. It has also been shown that the particular for heating systems the training described above to be demanded, largely maintenance-free operation so far could not be achieved because that contained in natural gas in addition to methane Gas components form residues and sometimes cause corrosion. In addition it is sometimes disadvantageous that solid fuels such as coke and coal, cannot be used in the incineration process without time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturunterschiede im Motor und im Kompressor herabzusetzen, um dadurch die Quelle der bisherigen Schwierigkeiten zu beseitigen.The invention is based on the object of the temperature differences in the engine and in the compressor, thereby reducing the source of previous difficulties to eliminate.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch.gelöst, daß die aus dem Verbrennungsprozeß stammende Energie zur Verdampfung von Kältemittel dient und das verdampfte Kältemittel den Motor antreibt.According to the invention, this problem is thereby solved in that the The energy originating from the combustion process is used to evaporate refrigerant and the evaporated refrigerant drives the engine.

Durch die Erfindung wird der Verbrennungsprozeß wieder aus dem Motor herausverlegt, so daß seine Rückstände nicht in den Motor gelangen können und außer Erdgas auch andere, insbesondere feste Brennstoffe eingesetzt werden können.The invention removes the combustion process from the engine relocated so that its residues can not get into the engine and save Natural gas, other fuels, in particular solid fuels, can also be used.

Die Verwendung von Kältemittel zum Antrieb des Motors führt zur Herabsetzung der Temperatur im Motorraum und gleicht deshalb die Temperaturen von Motor und Kompressor weitgehend aneinander an. Dadurch erhält man im wesentlichen gleiche Temperaturen, die u.a. die Schmiermittel und Abdichtungsprobleme beseitigen.Using refrigerant to drive the motor leads to the degradation the temperature in the engine compartment and therefore equal the temperatures of the engine and compressor largely to one another. This essentially results in the same temperatures, which, among other things, eliminate the lubricant and sealing problems.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine weitgehend wartungsfreie Wärmepumpe ermöglicht, die gegenüber sden bisherigen Wärmepumpen eine erheblich höhere Leistung aufweist.The invention has the advantage that it is largely maintenance-free Heat pump enables a considerable amount compared to the previous heat pumps has higher performance.

Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das zum Betrieb des Motors vorgesehene Kältemittel als im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe abgezweigt und wird hinter dem Motor in den Kältemittelkreislauf zurückgeführt. Dadurch erhält man eine wesentliche konstruktive Vereinfachung der Wärmepumpe, weil das Kältemittel des Motors ebenfalls im Kreis geführt ist und beide Kältemittelkreisläufe zusammenhängen.Preferably and according to a further feature of the invention that is refrigerant intended for operating the engine than in the refrigerant circuit of the heat pump branched off and is returned to the refrigerant circuit behind the engine. This results in a significant structural simplification of the heat pump, because the refrigerant of the motor is also circulated and both refrigerant circuits related.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und anderen Vorteile derErfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Figuren in der Zeichnung.The details, other features, and other advantages of the invention emerge from the following description of an embodiment based on FIG Figures in the drawing.

Es zeigen Fig. 1 schematisch die Vorrichtung gemäß der Erfindung anhand einer Fußbodenraumheizung und Fig. 2 im Schnitt eine Hubkolbenmaschine, welche in sich den Motor und den Kompressor der Wärmepumpe vereinigt.1 schematically shows the device according to the invention an underfloor heating system and FIG. 2 shows, in section, a reciprocating piston engine, which is shown in FIG the motor and the compressor of the heat pump are combined.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Kältemittelkreislauf 1 der Wärmepumpe mit dem Kältemittelkreislauf 2 des Motors zusammengeschlossen. Im Kältemittelkreislauf 1 befindet sich ein Wärmepumpenkompressor 3, ein Verdampfer 4, ein Kondensator 5 und ein Druckreduzierventil 6. Die Wärmepumpe erhält Wärme aus Brunnenwasser, welches mit Hilfe einer Pumpe 8 bei 7 entzogen und bei 9 wieder zurückgeführt wird, Das Brunnenwasser überflutet den Verdampfer 4.According to the exemplary embodiment, the refrigerant circuit 1 is the heat pump connected to the refrigerant circuit 2 of the engine. In the refrigerant circuit 1 there is a heat pump compressor 3, an evaporator 4, a condenser 5 and a pressure reducing valve 6. The heat pump receives heat from well water, which withdrawn with the aid of a pump 8 at 7 and returned at 9, The Well water floods the evaporator 4.

Der Kompressor 3 sitzt mit dem Motor 10 auf einer gemeinsamen Welle 11. Der Motor wird von Kältemittel angetrieben, das bei 13 aus dem Kältemittelkreislauf 1 abgezweigt und über eine Leitung 14 einem Druckreduzierventil 15 zugeleitet wird, das einer Kondensatpumpe 16 vorgeschaltet ist. Die'Kondensatpumpe fördert das Kältemittel in einen Verdampfer 17, welcher mit Hilfe eines Gasbrenners 18 beheizt ist. Über eine Drossel 19 wird der Gasbrenner 18 gesteuert. Dazu dienen Regelkreise, deren Meßgeräte von einem Thermostaten 20 und einem Pressostaten 21 gebildet werden. The compressor 3 sits with the motor 10 on a common shaft 11. The motor is driven by refrigerant, which at 13 comes from the refrigerant circuit 1 is branched off and fed via a line 14 to a pressure reducing valve 15, which is connected upstream of a condensate pump 16. The condensate pump conveys the refrigerant into an evaporator 17, which is heated with the aid of a gas burner 18. Above a throttle 19 controls the gas burner 18. Control loops are used for this purpose Measuring devices are formed by a thermostat 20 and a pressostat 21.

Die Regelgrößen werden aus der Leitung 22 entnommen, welche das aus dem Verdampfer 17 austretende Kältemittel dem Motor bei 23 zuführt. Der Motor 10 ist eine Kolbenmaschine, die von dem expandierenden Kältemittel angetrieben wird, dasbei 24 den Motor verläßt und über eine Leitung 25 bei 26 in den Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe zurückfließt. Das zurückfließende Kältemittel vereinigt sich dadurch mit dem aus dem Kompressor bei 27 austretenden Kältemittel, dessen Rücklauf durch ein Rückschlagventil 28 in der Leitung 29 verhindert wird. Der Kältemittelstrom fließt durch den Kondensator 5 und gibt dabei seine Wärme an ein Heizmedium ab, das in einem mit 30 bezeichneten Heizkreis fließt. Der Kreislauf wird durch eine Pumpe 31 aufrecht erhalten. Vorzugsweise handelt es sich um eine Fußbodenheizung. The controlled variables are taken from the line 22, which the the evaporator 17 exiting refrigerant supplies the engine at 23. The engine 10 is a reciprocating machine driven by the expanding refrigerant, that at 24 leaves the engine and via a line 25 at 26 into the refrigerant circuit the heat pump flows back. As a result, the refrigerant flowing back is combined with the refrigerant emerging from the compressor at 27, its return flow through a check valve 28 in the line 29 is prevented. The refrigerant flow flows through the condenser 5 and gives off its heat to a heating medium, which flows in a designated 30 heating circuit. The cycle is through a Pump 31 maintained. It is preferably underfloor heating.

Im Betrieb führt das Kältemittel in die Leitung 22 mit einem Druck von ca. 22 atü und einer Temperatur von ca. 800 C ein. Vliese vorgegebenen Werte regeln den Verbrennungsprozeß im Brenner 18 entsprechend. Das Kältemittel gelangt mit diesen Kennwerten in den otor 10, in dem es auf 15 atü und eine Temperatur von 400 C expandiert. Die geleistete Arbeit dient zum Antrieb des Kompressors 3. During operation, the refrigerant leads into the line 22 at a pressure of approx. 22 atm and a temperature of approx. 800 C. Fleece given values regulate the combustion process in the burner 18 accordingly. That Refrigerant With these parameters it enters the otor 10, in which it is set to 15 atmospheres and a temperature expanded from 400 C. The work done is used to drive the compressor 3.

Im Verdampfer 4 hat das Brunnenwasser eine Temperatur von ca. 10,50 C. Mit dem Wasser wird das im Verdampfer 4 befindliche Kältemittel von 0° C verdampft und gelangt in diesem Zustand in den Kompressor 3. In the evaporator 4, the well water has a temperature of approx. 10.50 C. The 0 ° C refrigerant in the evaporator 4 is evaporated with the water and in this state it enters the compressor 3.

Im Kompressor 3 wird das Kältemittel auf einen Druck von 15 atü und eine Temperatur von 400 C kompremiert, so daß in den beiden Zweigleitungen 25 und 29 Kältemittel von gleichem Zustand fließt, das sich bei 26 vereinigt. In diesem Zustand tritt das Kältemittel in den Kondensator 5 ein. Es kUhD sich dort auf ca. In the compressor 3, the refrigerant is at a pressure of 15 atmospheres and a temperature of 400 C compressed, so that in the two branch lines 25 and 29 refrigerant of the same state flows, which merges at 26. In this State, the refrigerant enters the condenser 5. It can be found there on approx.

30 - 350 C ab und gibt seine Wärme an das Heizmedium weiter. ueber das Reduzierventil 6 bzw. 15 läuft das Kältemittel wieder in den Verdampfer 4 bzw. zur Pumpe 16 in den Verdampfer 17. 30 - 350 C and transfers its heat to the heating medium. above the reducing valve 6 or 15, the refrigerant runs back into the evaporator 4 or to pump 16 in evaporator 17.

Die in Fig.2 wiedergegebene HubkolbenmascHne vereinigt in sich den Kompressor 3 und den Motor 10. Diese beiden Aggregate sitzen auf einer gemeinsamen Kurbelwelle 11, welche bei 32 im Kurbelkasten 33 des Gehäuses 34 gelagert ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispielweisen beide Aggregate je zwei Zylinder auf, von denen jedoch nur der Zylinder 40 des Motors und ein Zylinder 41 des Kompressors dargestellt sind. In jedem Zylinder läuft ein Kolben 42, der mit einem Kolbenbolzen 43 an eine Pleuelstange 35 angeschlossen ist, die ihrerseits auf die Kurbel der Welle 11 wirkt. The reciprocating machine shown in Fig. 2 combines the Compressor 3 and the motor 10. These two units sit on a common Crankshaft 11, which is mounted at 32 in the crankcase 33 of the housing 34. According to In the illustrated embodiment, both units have two cylinders each, of which, however, only the cylinder 40 of the engine and one cylinder 41 of the compressor are shown. In each cylinder runs a piston 42 with a piston pin 43 is connected to a connecting rod 35, which in turn is on the crank of the Wave 11 works.

Kolbenringe 44 bzw. 45 dichten den Kurbelkasten 33 gegen die Drücke in den Zylinderräumen 46 bzw. 47 ab. Im Kurbelkasten 33 herrscht daher für beide Aggregate der gleiche Druck. Selbst wenn einer der Kolbenringe 44 bzw. 45 defekt wird, entsteht kein nennenswerter Schaden, weil die Temperaturen in beiden Aggregaten gleich sind. Die Kolbenmaschine nach Fig.2 ist ferner dadurch besonders einfach, daß sie nur je zwei Anschlüsse 50 bzw. 51 zur Zu- und Abfuhr des Kältemittels in den Kompressor und 52 bzw. 53 zur Zu- und Abfuhr des Kältemittels in den Motor aufzuweisen braucht. Piston rings 44 and 45 seal the crankcase 33 against the pressures in the cylinder chambers 46 and 47, respectively. In the crankcase 33 there is therefore the same pressure for both units. Even if one of the piston rings 44 or 45 becomes defective, there is no significant damage because the temperatures in both Aggregates are the same. The piston machine according to FIG. 2 is also special as a result simply that they only have two connections 50 and 51 for the supply and discharge of the refrigerant in the compressor and 52 or 53 for supplying and removing the refrigerant in the engine needs to have.

Patentansprüche Claims

Claims (6)

Patentansprüche Wärmepumpe, insbesondere zum Betrieb von Heizungen mit einem Kältemittelkreislauf und einem zum Betrieb eines Wärmepumpenkompressors dienenden Motor, dessen Energie aus einem Verbrennungsprozeß stammt, wobei Kompressor und Motor auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind , d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die aus dem Verbrennungsprozeß stammende Energie zur Verdampfung von Kältemittel dient und das verdampfte Kältemittel den Motor (10) antreibt. Heat pumps, in particular for the operation of heating systems with a refrigerant circuit and one for operating a heat pump compressor Serving engine, the energy of which comes from a combustion process, with a compressor and motor are arranged on a common shaft, d a d u r c h e -k e n It is clear that the energy resulting from the combustion process is used for evaporation of refrigerant is used and the evaporated refrigerant drives the motor (10). 2. Wärmepumpe nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zum Betrieb des Motors (10) vorgesehene Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf (1) der Wärmepumpe abgezweigt und hinter dem Motor (10) in den Kältemittel kreislauf (1) zurückgeführt ist. 2. Heat pump according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the refrigerant provided for operating the motor (10) from the refrigerant circuit (1) the heat pump branched off and behind the engine (10) in the refrigerant circuit (1) is returned. 3. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB der Motor (10) und der Kompressor (3) in einer Kolbenmaschine ausgebildet sind, deren Kurbelkasten im Bereich des Kompressors (3) und des Motors (10) gleiche Drücke aufweist. 3. Heat pump according to one of claims 1 or 2, d a d u r c h g It is not noted that the motor (10) and the compressor (3) are in a reciprocating machine are formed, the crankcase in the area of the compressor (3) and the engine (10) has the same pressures. 4. Wärmepumpe nach Anspruch 3 , d a d u r c h \ g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druck im Kurbelkasten (33) im wesentlichen dem Druck an der Saugseite des Kompressors (3) entspricht. 4. Heat pump according to claim 3, d a d u r c h \ g e k e n n z e i c h n e t that the pressure in the crankcase (33) is essentially the pressure at the Corresponds to the suction side of the compressor (3). 5. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Verbrennungsprozeß über einen Pressostaten (21) und/oder einen Thermostaten (20) regelbar ist, die an der Austrittsseite (22) des Verdampfers (17) für den Kältemittelkreislauf (2) des Motors (10) angeordnet sind.5. Heat pump according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e it is not indicated that the combustion process is carried out via a pressostat (21) and / or a thermostat (20) can be regulated, which is on the outlet side (22) of the Evaporator (17) for the refrigerant circuit (2) of the motor (10) are arranged. 6. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß alle Systemteile so ausgebildet sind, daß das vor der Maschine ausgeworfene öl nicht ablagern kann sondern über die rückführenden Rohre dem Kompressor wieder neu zugeführt wird.6. Heat pump according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h g e it is not indicated that all system parts are designed in such a way that the before the The machine cannot deposit ejected oil but via the return pipes is fed back to the compressor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4311191A (en) * 1979-07-03 1982-01-19 Kool-Fire Ltd. Heat-augmented heat exchanger
US4311192A (en) * 1979-07-03 1982-01-19 Kool-Fire Limited Heat-augmented heat exchanger

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