DE2715075A1 - Energy recovery system e.g. for ice rink - extracts heat by pump from water tank then reheats from surrounding sources - Google Patents
Energy recovery system e.g. for ice rink - extracts heat by pump from water tank then reheats from surrounding sourcesInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Energiegewinnung aus umgebenden WärmequellenMethod and device for generating energy from surrounding heat sources
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Mit vorliegender Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, wie natürliche Wärmequellen der Umgebung zur wirtschaftlichen EnergiegewinnungThe present invention aims to provide a method and an apparatus, such as natural heat sources the environment for economical energy generation
herangezogen werden können. Dabei ist an solche Wärmequellen gedacht, die überall zur Verfügung stehen, wie z.B. die umgebende Luft, Regenwasser, Schneeschmelzwasser, Hausabwässer, Erdwärme und auch die Sonneneinstrahlung.can be used. We think of such heat sources that are available everywhere, such as the surrounding air, rainwater, snowmelt water, domestic sewage, geothermal energy and solar radiation.
Zur Gewinnung von Heizwärme aus den genannten, während des Winters eine niedrige Temperatur aufweisenden Wärmequellen steht ein als "Wärmepumpe" bekannter Kreisprozeß zur Verfügung. Hiernach wird ein Kältemittel, wie z.B. die handelsüblichen Gase R22 und R12, das durch adiabatische Verdampfung auf eine niedrige Temperatur gebracht worden ist, mit der Wärmequelle in WärmeausvLai^ch 491Tf ^ctf^ · Das erwärmte Kältemittel wird durch Verdichten auf ein höheres TemperaturniveauA cycle known as a "heat pump" is available for obtaining heat from the heat sources mentioned, which have a low temperature during winter. After this, a refrigerant, such as the commercially available gases R22 and R12, which has been brought to a low temperature by adiabatic evaporation, with the heat source in heat exLai ^ ch 49 1 Tf ^ ctf ^ · The heated refrigerant is compressed to a higher temperature level
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erhitzt, worauf es in einem Kondensator Wärme an einen Heizkreislauf abgibt. Das dabei kondensierende Kältemittel wird beim Durchgang durch eine Drossel wieder verdampft, wobei es wieder seine Ausgangstemperatur annimmt.heated, whereupon it heats up a heating circuit in a condenser gives away. The refrigerant that condenses in the process is evaporated again when it passes through a throttle, whereby it returns to its initial temperature.
Die genannten Wärmequellen werfen aber Probleme auf, wenn sie zur Energie— oder Heizwärmegewinnung genutzt werden sollen.Luft und Erdreich sind schlechte Wärmeleiter, so daß zur Erzielung eines ausreichend hohen Wärmeflusses ausgedehnte Wärmeübertragungsflächen erforderlich sind. Außerdem muß ein ge-However, the heat sources mentioned pose problems if they are to be used to generate energy or heat. Air and soil are poor conductors of heat, so that extensive heat transfer surfaces are required to achieve a sufficiently high heat flux required are. In addition, a
IU nügender Temperaturgradient zum Kältemittel gegeben sein, was bedeutet, daß das Kältemittel im Verdamper Minustemperaturen erreichen muß. Die Folge ist, daß die in der Luft bzw. im Erdreich befindliche Feuchtigkeit sich an den Wärmeübertragungsflächen als kristallines Eis niederschlägt, was den Wärmefluß weiter behindert.IU there must be a sufficient temperature gradient to the refrigerant, which means that the refrigerant in the evaporator must reach sub-zero temperatures. The consequence is that it's in the air or moisture in the ground is on the heat transfer surfaces precipitates as crystalline ice, which further impedes the flow of heat.
Die Sonneneinstrahlung ist gerade im Winter in der Hauptheizzeit wegen des niedrigen Sonnenstandes und häufiger Bewölkung so gering, daß sie allenfalls zur Deckung eines Grundbedarfs an Heizwärme herangezogen werden kann.Solar radiation is more frequent, especially in winter, during the main heating season because of the low position of the sun Clouds so low that they can only be used to cover a basic need for heating.
Wasser würde sich grundsätzlich gut als Wärmequelle zur Gewinnung von Heizwärme eignen, nachteilig ist jedoch,daß es nur an wenigen Standorten als Grundwasser oder in Form eines Flusses oder Sees in ausreichender Menge zur Verfugung steht. Bei kleineren Wasservorkommen stellt sich dagegen wiederum das Vereisungsproblem.In principle, water would be well suited as a heat source for obtaining heating energy, but it is disadvantageous that it is is only available in sufficient quantities as groundwater or in the form of a river or lake at a few locations. at Smaller water resources, on the other hand, pose the problem of icing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, wie natürliche Wärmequellen der Umgebung, wie Luft, Wasser, Sonneneinstrahlung, zur wirtschaftlichen Energiegewinnung herangezogen werden können.The invention is based on the object of specifying a method and a device, such as natural heat sources the environment, such as air, water, solar radiation, are used to generate energy economically can be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Anspruch 1 bzw. mit einer Vorrichtung nach Anspruch gelöst.According to the invention, this object is achieved with a method according to claim 1 or solved with a device according to claim.
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Ausgangspunkt vorliegender Erfindung ist die Tatsache, daß auch in unseren Breitengraden bis auf wenige Frost.Perioden die Umgebungstemperatur meist über 0 C, häufig beachtlich darüber liegt. Die umgebenden Wärmequellen, wie insbesondere die Außenluft mit einer Temperatur über 0 C wird nun nicht direkt mit einem Kältemittelkreislauf in Wärmeaustausch gebracht, was, wie oben geschildert, Vereisungsprobleme mit sich bringen würde. Vielmehr wird zwischen die umgebende Wärmequelle und den Kältemittelkreislauf ein Wasservorrat eingeschaltet, der einerseits mit der umgebenden Wärmequelle in Wärmeaustausch gebracht wird, um Wärme aufzunehmen, und andererseits mit dem Kältemittelkreislauf in Wärmeaustausch tritt, um die aufgenommene Wärme weiterzugeben. Während beim Wärmeübergang zwischen umgebender Wärmequelle, deren Temperatur oberhalb 0°C liegt, und Wasservorrat, dessen Temperatur niedrigstenfalls 0°C erreicht, ein Eisbefall ausgeschlossen ist, wird beim Wärmeübergang zwischen Wasservorrat und Kältemittel, dessen Temperatur zur Erzielung eines ausreichenden Wärmeflusses wesentlich unter 0 C liegt, Eisbildung um den Kältemittelverdampfer bewußt in Kauf genommen. Die sich um den Kältemittelverdampfer bildende Eisschicht wird im Normalfall nur zu einer geringen Dicke anwachsen, da das sie umspülende wärmere Wasser das Eis wieder abzutauen versucht.The starting point of the present invention is the fact that even in our latitudes, apart from a few periods of frost the ambient temperature is usually above 0 C, often considerably above it. The surrounding heat sources, such as in particular the outside air with a temperature above 0 C is now not directly exchanged with a refrigerant circuit in heat brought what, as described above, would bring icing problems with it. Rather, between the surrounding heat source and the refrigerant circuit switched on a water supply, which on the one hand with the surrounding Heat source is brought into heat exchange in order to absorb heat, and on the other hand with the refrigerant circuit in Heat exchange occurs in order to pass on the absorbed heat. While the heat transfer between the surrounding heat source, the temperature of which is above 0 ° C, and the water supply, its Temperature reached at least 0 ° C, ice infestation excluded is, when heat is transferred between the water supply and the refrigerant, its temperature is necessary to achieve a sufficient heat flow is significantly below 0 C, ice formation around the refrigerant evaporator is consciously accepted. The layer of ice that forms around the refrigerant evaporator will normally only grow to a small thickness, because the warmer water around them tries to defrost the ice again.
Die sich um den Verdampfer bildende Eisschicht beeinträchtigt den Wärmefluß vom Wasservorrat in das Kältemittel. Diese Beeinträchtigung wird in Grenzen bleiben, wenn die Temperatur des Wasservorrats genügend über 0°C liegt und auf eine ausreichende Wasserströmung geachtet wird. Dennoch müssen die Wärmeübertragungsflächen zwischen Wasservorrat und Kältemittel ausreichend groß gewählt werden, damit auch bei stärkerem Eisbefall ein ausreichender Wärmefluß zwischen Wasservorrat und Kältemittel aufrechterhalten wird.The layer of ice that forms around the evaporator is impaired the heat flow from the water supply into the refrigerant. This impairment will remain within limits if the temperature the water supply is sufficiently above 0 ° C and there is sufficient water flow. Still, they have to Heat transfer areas between the water supply and refrigerant are chosen to be sufficiently large, so that even when there is heavy ice infestation a sufficient heat flow is maintained between the water supply and the refrigerant.
Vorteilhaft kann dem Wasservorrat eine Substanz wie z.B. Kochsalz beigefügt werden, so daß sich eine poröse Eis-A substance such as table salt can advantageously be added to the water supply, so that a porous ice
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schicht wesentlich verbesserter Wärmeleitfähigkeit bildet. Die Porosität der Eisschicht ist auf eine Vielzahl von Kapillaren zurückzuführen, in welchen bei der Eisbildung das Salz in Form hochkonzentrierter Sole abgeschieden wird. Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Energiebzw. Heizwärmegewinnung auch Kälte- oder Frostperioden überbrücken zu können, in denen die Umgebungstemperatur bei oder unter 0 C liegt, wird der Wasservorrat groß gewählt, um ihn als Wärmespeicher nutzen zu können. Auch wenn diesem qroßen Wasservorrat wegen zu niedriger Außentemperatur nur noch wenig Wärme (z.B.durch warme Hausabwässer oder Erdwärme) zugeführt wird, kann dem Wasservorret noch der Großteil seiner Erstarrungswärme in das Kältemittel entzogen werden. Hierzu ist es zweckmäßig, den Kältemittelverdampfer in Form einer Batterie von Verdampferrohren auszubilden, die im wesentlichen parallel und in gleichmäßigen Abständen im Wasservorratsbecken verlegt werden. Der gegenseitige Abstand der Verdampferrohre wird so bemessen, daß der maximal mögliche Eispanzer um ein Verdampferrohr vor dem Zusammenwachsen mit dem Eispanzer des benachbarten Verdampferrohres noch einen annehmbaren Wärmefluß vom Wasservorrat in das Kältemittel zuläßt. Die äußeren Verdampferrohre sind in einem ausreichend großen Abstand zu den Beckenwänden zu verlegen, damit der Eispanzer nicht zu diesen hinüberwächst und diese zerstören könnte. Die Verankerung der Verdampferrohre muß so erfolgen, daß die durch das Eis herrührenden Auftriebskräfte abgefangen werden.layer with significantly improved thermal conductivity. The porosity of the ice layer is due to a large number of capillaries in which the Salt is deposited in the form of highly concentrated brine. In order to use the inventive method for Energiebzw. To be able to bridge cold or frost periods in which the ambient temperature is at or is below 0 C, the water supply is selected to be large in order to be able to use it as a heat store. Even if this is great Due to the low outside temperature, only little heat is supplied to the water supply (e.g. from warm domestic waste water or geothermal energy) the bulk of its solidification heat can still be withdrawn from the water reserve in the refrigerant. For this it is expedient to design the refrigerant evaporator in the form of a battery of evaporator tubes which essentially laid in parallel and at regular intervals in the water storage basin. The mutual distance between the evaporator tubes is dimensioned so that the maximum possible ice armor around an evaporator tube before it merges with the The ice armor of the neighboring evaporator tube is still acceptable Permits heat flow from the water supply into the refrigerant. The outer evaporator tubes are sufficient in one to lay a large distance to the pool walls so that the ice sheet does not grow over to them and destroy them could. The anchoring of the evaporator tubes must be done in such a way that the buoyancy forces caused by the ice are intercepted will.
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Bei einem angenommenen Wärmebedarf eines Einfamilienhauses von maximal 2uO 000 kcal pro Wintertag würde ein 50m Wasservorrat mit einer Erstarrungswärme von 50 χ 80 000 = 4 Mill, kcal bei keiner weiteren Wärmezufuhr von außen genügen, den Heizwärmebedarf für 20 Tage sicherzustellen und damit eine Frostperiode von 20 Tagen zu überbrücken. Bei langer anhaltendem Frost müsste mittels einer Zusatzheizung Wärme in den Wasservorrat gebracht werden. Diese Zusatzheizung arbeitet zweckmäßig elektrisch. Ihr Einschalten erfolgt z.B. mittels eines Schwimmerschalters im Wasservorratsbecken, der bei einem bestimmten Eisbefall der Verdampferrohre und damit Ansteigen des Wasserstandes den Stromkreis der elektrischen Zusatzheizung schließt.With an assumed heat requirement of a single-family house of a maximum of 2,000,000 kcal per winter day, a 50m Water supply with a heat of solidification of 50 χ 80,000 = 4 Mill, kcal is sufficient with no additional heat supply from outside, ensure the heating requirement for 20 days and thus bridge a frost period of 20 days. at prolonged frost would have to use additional heating Heat can be brought into the water supply. This additional heating works appropriately electrically. Your switching on takes place, for example, by means of a float switch in the water storage basin, which activates the evaporator pipes when there is a certain amount of ice and thus a rise in the water level closes the electric booster heater circuit.
Als umgebende Wärmequelle zur Zufuhr von Wärme in den Wasservorrat kommt in erster Linie die Außenluft infrage.The outside air is primarily used as the surrounding heat source for supplying heat to the water supply.
Hierzu wird ein Wärmesammler in Form einer Batterie paralleler, im wesentlichen vertikaler, mit der Außenluft in Wärmeaustausch stehender Rohre vorgesehen. Die Wärmetauscherrohre, zur Verbesserung des Wärmeflusses aus Kupfer bestehend und mit Rippen versehen, münden mit ihrem oberen Ende in einen gemeinsamen Vorratsbehälter, in den Wasser aus dem Wasservorratsbecken gepumpt wird. Mit ihrem unteren Ende münden die Wärmetauscherrohre in ein zum Wasservorratsbecken zurückführendes Sammelrohr. Das von dem Wasservorratsbecken in den oberen Vorratsbehälter des Wärmesammlers gepumpte Wasser von 00C oder wenig darüber fließt aufgrund der Schwerkraftwirkung entlang den Innenwänden der Wärmetauscherrohre, wobei es durch die die Wärmetauscherrohre von außen umstreichende Luft erwärmt wird, in das Sammelrohr und zurück in das Wasservorratsbecken. Die notwendige Luftströmung um die Wärmetauscherrohre wird aufgrund natürlicher Windbewegung oder bei zu geringer Windbewegung mittels eines Gebläses erzeugt, dessen Drehzahl je nach Lufttemperatur und Wärmebedarf gesteuert werden kann. Auch bei Windstille und ohne Gebläse wird sich wegen der Abkühlung der Luft an denFor this purpose, a heat collector in the form of a battery of parallel, essentially vertical tubes that exchange heat with the outside air is provided. The heat exchanger tubes, made of copper to improve the heat flow and provided with ribs, open with their upper end into a common storage tank, into which water is pumped from the water storage basin. At their lower end, the heat exchanger pipes open into a collecting pipe leading back to the water storage basin. The water pumped from the water storage basin into the upper storage tank of the heat collector at 0 0 C or a little above flows due to the effect of gravity along the inner walls of the heat exchanger pipes, whereby it is heated by the air that sweeps around the heat exchanger pipes from the outside, into the collecting pipe and back into the water storage basin . The necessary air flow around the heat exchanger pipes is generated by natural wind movement or, if the wind movement is too low, by means of a fan, the speed of which can be controlled depending on the air temperature and heat demand. Even when there is no wind and without a fan, the air will cool down to the
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Rohren eine thermische Luftströmung einstellen. An den kalten Rohren wird zudem ein Teil der gerade im Winter meist hohen Luftfeuchtigkeit kondensieren, so daß ein vermehrter Wärmeübergang erreichbar ist. Das Niederschlagen von den Wärmefluß stark behindernden Eiskristallen an der Rohraußenseite ist ausgeschlossen, da die Temperatur des die Rohre durchfließenden Wassers nicht unter 0°C absinken wird. Fällt die Temperatur der Außenluft auf einen Wert von nur wenig über 0°C und tiefer, so werden der Wasserdurchlauf durch den Wärmesammler und das Luftgebläse solange abgeschaltet, bis die Lufttemperatur wieder einen Wert erreicht, der einen wirtschaftlich verwertbaren Wärmefluß in den Wasservorrat erwarten läßt. Bei abgeschaltetem Wärmesammler entleeren sich die Wärmetauscherrohrevon selbst, so daß ein Vereisen von innen nicht vorkommen kann.Set a thermal air flow in the pipes. On the cold pipes there is also a part of the mostly high ones, especially in winter Humidity condense, so that an increased heat transfer is attainable. The precipitation of ice crystals, which hinder the flow of heat, on the outside of the pipe is excluded, as the temperature of the water flowing through the pipes will not drop below 0 ° C. Falls the The temperature of the outside air to a value of only a little above 0 ° C and lower, so the water flow through the heat collector and the air fan is switched off until the air temperature reaches a value that is economical usable heat flow in the water supply can be expected. When the heat collector is switched off, the heat exchanger pipes drain itself, so that icing from the inside cannot occur.
Die Wärmetauscherrohre des Wärmesammlers können so verlegt werden, daß sie zusätzlich der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Damit ist eine optimale Aufwärmung des sie durchfließenden Wassers aus dem Wasservorrat möglich. Gerade bei sehr kalter Witterung, wenn die Wärmezufuhr aus der Außenluft ausfällt, ist der Himmel häufig klar, so daß über die Sonneneinstrahlung eine Aufwärmung des den Wärmesammlerjdurchfließenden Wassers möglich ist.The heat exchanger pipes of the heat collector can be laid in such a way that they are also exposed to solar radiation are exposed. This enables the water flowing through it to be optimally heated from the water supply. Just in very cold weather, when the supply of heat from the outside air fails, the sky is often clear, so that about the solar radiation warms up that flowing through the heat collector Water is possible.
Weitere Möglichkeiten zur Wärmezufuhr in den Wasservorrat sind durch das Regenwasser, durch die Erdwärme und durch Hausabwässer gegeben. Regenwasser kann entweder direkt in den Wasservorrat eingeleitet werden, wobei eine entsprechende Menge 0°C-kalten Wassers abzulassen ist, oder es kann mit dem Wasservorrat in Wärmeaustausch gebracht werden. Die Zufuhr von Erdwärme erfolgt zweckmäßig über die Wände des in das Erdreich eingelassenen Wasservorratsbeckens. Da das Erdreich sowieso keinen hohen Wärmefluß zuläßt, kann das Becken in Beton ausgeführt werdender zwar nur eine Wärmeleitfähigkeit in der Größenordnung des Erdreichs besitzt, jedoch kostengünstig ist. Zur Nutzung des Wärmeinhalts der Haus-Other ways of supplying heat to the water supply are through rainwater, geothermal energy and given by domestic sewage. Rainwater can either be introduced directly into the water supply, with a corresponding Amount of 0 ° C cold water is to be drained off, or it can be brought into heat exchange with the water supply. the Geothermal energy is expediently supplied via the walls of the water storage basin embedded in the ground. Since that Soil does not allow a high flow of heat anyway, the pool can be made of concrete, although only a thermal conductivity of the order of magnitude of the earth, but is inexpensive. To use the heat content of the house
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abwasser, von denen (einschl. der Fäkalien) in einem 5-Personenhaushalt bei einem pro-Kopf-Verbrauch von ca 2001 Wasser pro Tag ca Im bei einer Durchschnittstemperatur von mindestens 30 C anfallen, werden diese Hausabwässer zweckmäßig in einen in das Wasservorratsbecken eingetauchten Sammelbehälter, z.B. aus Gußeisen, eingeleitet, in den alle im Laufe des Tages anfallenden Abwässer fließen. Der Sammelbehälter ist über ein Fallrohr mit der Kanalisation verbunden, das normal durch einen außerhalb des Wasservorratsbeckens angeordneten Schieber verschlossen ist, so daß die Abwasser zunächst im Sammelbehälter verbleiben. Sie können daher über dessen Wandung ihren Wärmeinnalt an den etwa 0°C kalten Wasservorrat abgeben, so daß unter Annahme o.g. Daten täglich eine Wärmemenge von etwa 30 000 kcal in den Wasservorrat zurückgewinnbar ist. Zu einem geeignet gewählten Zeitpunkt, z.B. 5 Uhr nachts, wird der Schieber über eine Zeitschaltung automatisch geöffnet, bis alle Abwässer aus dem Sammelbehälter geflossen sind.wastewater, of which (including faeces) in a 5-person household with a per capita consumption of approx. 2001 water per day approx. Im at an average temperature of at least 30 C accumulate, this domestic waste water is expediently in a collecting tank immersed in the water storage basin, e.g. made of cast iron, into which all waste water that occurs during the day flows. The collection container is connected to the sewerage system via a downpipe, which is normally arranged outside the water storage basin The slide is closed so that the wastewater initially remains in the collecting container. You can therefore use the walls of which give off their heat content to the water supply, which is around 0 ° C, so that, assuming the above data, daily an amount of heat of around 30,000 kcal can be recovered in the water supply. At a suitably chosen time, E.g. at 5 a.m., the valve is automatically opened by a timer until all waste water is removed from the Collection containers have flowed.
Wie eingangs beschrieben, wird das erwärmte Kältemittel in dem als "Wärmepumpe" bekannten Kreisprozeß durch Verdichten auf ein höheres Temperaturniveau erhitzt, worauf es in einem Kondensator Wärme an einen Heizkreislauf abgibt. Da die in dem Verdichter aufzuwendende elektrische Arbeit überproportional der zu überwindenden Temperaturdifferenz ansteigt, ist es zweckmäßig, die Verdichtung zweistufig auszuführen, und zwar zur Ausnutzung des billigeren Nachtstroms die erste Stufe während der Nachtzeit und die zweite Stufe während der Tagzeit, wenn die Hauptheizwärme benötigt wird. Zur Durchführung des zweistufigen Verfahrens wird das Wasservorratsbecken in ein großes Wärmespeicher-Primärbecken und in ein kleineres Sekundärbecken unterteilt. Mit billigem Nachtstrom wird Wärmeenergie aus dem Primärbecken von etwa 00C mittels "Wärmepumpe" auf ca 400C in dem Sekundärbecken gebracht. Aus diesem Sekundärbecken wird dann tagsüber die zur Beheizung des Hauses benötigte Wärmemenge unterAs described at the beginning, the heated refrigerant is heated in the cycle process known as a "heat pump" by compression to a higher temperature level, whereupon it gives off heat to a heating circuit in a condenser. Since the electrical work to be expended in the compressor increases disproportionately to the temperature difference to be overcome, it is advisable to carry out the compression in two stages, namely the first stage during the night and the second stage during the daytime when the main heating is required to utilize the cheaper night-time electricity . To carry out the two-stage process, the water storage basin is divided into a large primary heat storage basin and a smaller secondary basin. With cheap night-time electricity, thermal energy from the primary basin is brought from around 0 ° C. to around 40 ° C. in the secondary basin by means of a "heat pump". The amount of heat required to heat the house is then taken from this secondary basin during the day
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Einsatz desselben Verdichters auf die je nach Außentemperatur noch höhere Heizwassertemperatur gebracht. Die Größe des Sekundärbeckens und die Temperatur, auf die deren Wasserinhalt während des Nachtbetriebs gebracht wird, hängen von dem jeweils zu erwartenden Tagesheizbedarf ab. Die in dem Sekundärbecken gespeicherte Wärmeenergie soll zur Deckung des Tagesheizbedarf s ausreichen, ohne daß die Temperatur im Sekundärbecken zu tief absinkt. Andererseits soll die Aufheiztemperatur des Sekundärbeckens nicht zu hoch liegen, um die in der ersten Wärmepumpenstufe zu überwindende Temperaturdifferenz in Grenzen und Wärmeverluste aus dem Sekundärbecken klein zu halten.Use of the same compressor brought to the heating water temperature, which is even higher, depending on the outside temperature. The size of the Secondary basin and the temperature to which its water content is brought during night operation depend on the expected daily heating requirement. The thermal energy stored in the secondary basin is intended to cover the daily heating requirement s are sufficient without the temperature in the secondary tank dropping too low. On the other hand, the heating temperature should of the secondary basin are not too high in order to overcome that in the first heat pump stage To keep temperature difference within limits and heat losses from the secondary basin small.
Ein Beispiel für eine technische Ausführung einererfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von Heizwärme wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungsfigur angegeben.An example of a technical implementation of one according to the invention Device for obtaining heating energy is indicated below with reference to the accompanying drawing figure.
Ein in das Erdreich eingebautes Beton-Primärbecken 1 von 5 χ 5m Grundfläche χ 2,5m Höhe mit ca 50m Wasserinhalt ist in gleichmäßigen Abständen von ca 20cm von im wesentlichen parallelen Verdampferrohren 2 durchsetzt. Die Verdampferrohre von 1/2 - 1 Zoll Durchmesser, für die als Material verzinktes Eisen oder vorzugsweise Aluminium genügt, sind in mindestens zehn über Sammelleitungen 3,4 parallel beschickte bzw. entleerte Abschnitte unterteilt. Die Gesamt-A concrete primary basin 1 built into the ground with a floor area of 5 5 m and a height of 2.5 m with a water content of approx. 50 m is penetrated by essentially parallel evaporator tubes 2 at regular intervals of approx. The evaporator tubes 1/2 - 1 inch diameter, for which galvanized iron or preferably aluminum is sufficient, are divided into at least ten sections fed or emptied in parallel via collecting lines 3, 4. The overall
2 oberfläche der Verdampferrohre 2 beträgt ca 100m . Die äußeren Verdampferrohre halten zur Beckenwand einen Abstand von ca 30cm.2 surface of the evaporator tubes 2 is approx. 100m. The outer Evaporator tubes keep a distance of about 30cm from the pool wall.
Das durch die Verdampferrohre 2 strömende und vom Wasser des Primärbeckens 1 erwärmte Kältemittel wird durch einen Vedichter V in einer ersten Stufe erhitzt und im Wärmetausch 30The flowing through the evaporator tubes 2 and from the water of the primary basin 1 heated refrigerant is heated by a Vedichter V in a first stage and in heat exchange 30th
durch ein Sekundärbecken 5 von etwa 8mthrough a secondary basin 5 of about 8m
Wasserinhalt geleitet, um dieses Wasser während der Nachtzeit, bei der der Verdichter V mit billigem Nachtstrom arbeitet,auf bis zu 400C aufzuheizen. Das dabei kondensierende Kältemittel wird über eine Drossel 6 wieder in die Rohre 2 verdampft.Water content passed in order to heat this water up to 40 0 C during the night when the compressor V works with cheap night electricity. The refrigerant that condenses in the process is evaporated back into the tubes 2 via a throttle 6.
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«I«I.
Ein zweiter Kältemittelkreislauf 7 mit einem in das Sekundärbecken 5 eingetauchten Verdampfer 8 lauft über denselben Verdichter V in einon Kondensator 9, in dem Wärme auf einem höheren Temperaturniveau in einen Heizkreislauf 10 abgeführt wird. Vom Kondensator 9 wird das Kältemittel über ein Drosselorgan 11 in den Verdampfer 8 zurückgeführt.A second refrigerant circuit 7 with an evaporator 8 immersed in the secondary basin 5 runs over the same Compressor V in a condenser 9, in which heat is discharged into a heating circuit 10 at a higher temperature level. From the condenser 9, the refrigerant is via a The throttle element 11 is returned to the evaporator 8.
Der in einer praktischen Ausführung verwendete Verdichter V, der, umschaltbar durch Magnetventile, während der
Nachtzeit von 22 Uhr - 6 Uhr den ersten Kältemittelkreislauf zwischen Primär- und Sekundärbecken und während der Tagzeit
zwischen 6Uhr und 22 Uhr den zweiten Kältemittelkreislauf zwischen Sekundärbecken und Heizkreislauf aufrecht erhält,
besitzt eine mittlere Leistung bei
- 5 C Verdampfungstemperatur undThe compressor V used in a practical version, which, switchable by solenoid valves, maintains the first refrigerant circuit between the primary and secondary pools during the night from 10 p.m. to 6 a.m. and the second refrigerant circuit between the secondary pool and heating circuit between 6 a.m. and 10 p.m. during the day , has an average performance at
- 5 C evaporation temperature and
+ 25 C Kondensationstemperatur+ 25 C condensation temperature
von 30 000 kcal pro Stunde am Verdampfer bei 8,4 kW Leistungsaufnahme, was eine Kondensatorleistung von 37 000 kcal
pro Stunde bedeutet,
und eine mittlere Leistung beiof 30,000 kcal per hour on the evaporator at 8.4 kW power consumption, which means a condenser output of 37,000 kcal per hour,
and an average performance
+ 25 C Verdampfungstemperatur und
+50c Kondensationstemperatur+ 25 C evaporation temperature and
+ 50c condensation temperature
von 40 000 kcal pro Stunde am Verdampfer bei 9,5 kW Leistungsaufnahme, was eine Kondensatorleistung von 48 000kcal pro Stunde bedeutet.of 40,000 kcal per hour on the evaporator at 9.5 kW power consumption, which means a condenser output of 48,000 kcal per hour.
Die Wärmezufuhr in das Primärbecken 1 erfolgt im dargestellten Fall The supply of heat to the primary basin 1 takes place in the illustrated case
a) über das Erdreich und die Beckenwände,a) over the soil and the pool walls,
b) über einen der Außenluft ausgesetzten Wärmesammler 12 und b) via a heat collector 12 and exposed to the outside air
c) über einen in das Primärbecken eingetauchten Hausabwässer-Sammelbehälter 13. c) via a domestic waste water collecting tank 13 immersed in the primary basin.
Kaltes Wasser aus dem Primärbecken 1 wird durch eine Pumpe P in einen Vorratsbehälter 14 des Wärmesammlers 12 gepumpt. Von hier fließt das Wasser aufgrund Schwerkraftwirkung in eine Batterie paralleler, im wesentlichen vertikaler Kupferrohrleitungen 15 mit 4mm Durchmesser, o,5mm Wandstärke Cold water from the primary basin 1 is pumped into a storage container 14 of the heat collector 12 by a pump P. From here the water flows due to the effect of gravity into a battery of parallel, essentially vertical copper pipelines 15 with a diameter of 4 mm and a wall thickness of 0.5 mm
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und einer Gesamtlänge von ca lkm. Die Gesamtoberfläche der Kupferrohrleitungen, die im Bedarfsfall unter Zuhilfenahme eines Gebläses 16 von Außenluft umströmt wird, beträgt da-and a total length of approx. 1 km. The total surface of the Copper pipelines, around which outside air flows if necessary with the aid of a fan 16, is
2
mit 12,5m . Das durch die Kupferrohrleitungen 15 herabfallende Wasser wird in einem unteren Sammelrohr 17 gesammelt und
zum Primärbecken zurückgeführt.2
with 12.5m. The water falling through the copper pipes 15 is collected in a lower collecting pipe 17 and returned to the primary basin.
Das Hausabwässer-Sammelbecken 13 von ca Im ist über ein Fallrohr 18 mit der Kanalisation verbunden. Ein Schieber 19 hält das Fallrohr normal geschlossen und öffnet z.B.The domestic sewage collecting basin 13 from approx. Im is connected to the sewer system via a downpipe 18. A slider 19 keeps the downpipe normally closed and opens e.g.
über einen Zeitschalter, nachdem die Hausabwässer ihren Wärmeirvhalt an das Wasser im Primärbecken im wesentlichen abgegeben haben.via a time switch, after the domestic sewage has essentially transferred its heat to the water in the primary basin have given up.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch zur Stromerzeugung nutzen, wenn mit dem durch den Wasservorrat erwähnten Kältemittel z.B. eine Turbine betrieben wird, die ihrerseits einen Stromgenerator antreibt. Das in der Turbine expandierte und in einem Kondensator niedergeschlagene Kältemittel kann durch eine von der Turbine mitgetriebene Pumpe einem Drosselorgan zugeführt werden, in|dem es in den Verdampfer im Wasservorrat adiabatisch entspannt wird.The method according to the invention can also be used to generate electricity if a turbine is operated with the refrigerant mentioned by the water supply, which in turn drives an electricity generator. The refrigerant expanded in the turbine and precipitated in a condenser can be fed by a pump driven by the turbine to a throttle device in which it is in the evaporator in the water supply is relaxed adiabatically.
Der erzeugte Strom, der nur unter niedriger Spannung zu stehen braucht, kann in bekannter Weise z.B. mittels Akkumulatoren,durch elektrolytische Spaltung von Wasser usw. gespeichert werden, um bei Bedarf die gespeicherte Energie zu nutzen.The generated current, which only needs to be at low voltage, can be used in a known manner, e.g. by means of Accumulators, by electrolytic splitting of water etc. stored in order to use the stored energy when required.
809841/0296809841/0296
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Claims (12)
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