DE2725488A1

DE2725488A1 - Einrichtung zur nutzbarmachung atmosphaerischer waerme, insbesondere von verlust- oder sonnenwaerme

Info

Publication number: DE2725488A1
Application number: DE19772725488
Authority: DE
Inventors: Theodor Rauber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-06
Filing date: 1977-06-06
Publication date: 1978-12-14

Description

EYER & LINSER ·■ PATENTANWÄLTE

D-eO7B SPRENDLINGEN. ROBERT-BOSCH STR. 12A 2725488

-s -

PATENTANWÄLTE: DIPL.-ING. E. EYER PHYSIKER H. LINSER

Poitfodi 2310

T.l.fon national! (06103) *1O27 Inlernolionol: 49«lb3«)02?

Tel». 4185385 Talegrammei Corvus

Anmelder:

Theodor Rauber

6300 Lahn-Waldgirraes

Friedrichstraße

Einrichtung zur Nutzbarmachung atmosphärischer Wärme, insbesondere von Verlust- oder Sonnenwärme.

Die Nutzbarmachung atmosphärischer Wärme durch Rückgewinnung von Verlustwärme oder Sammeln von Sonnenwärme und Einspeisen in einen Nutzkreis ist ein bisher noch nicht vollbefriedigend gelöstes Problem. Dies gilt insbesondere für die Rückgewinnung von Verlustwärme von Räumen insofern, als - anders als beim Sammeln von unmittelbar aufgestrahlter Sonnenenergie - nur relativ niedrige Temperaturen zur Verfugung stehen. Zur Lösung dieses Problems sind auf dem "Kompressions-Prinzip" aufbauende Wärmepumpenanlagen bekannt geworden, mit denen durch Kompression das Arbeitsmedium - ein Kältemittel z.B. Frigen 1? 12 - über die Temperatur des Nutzkreises erwärmt und nach Abgabe der Wärme an den Nutzkreis durch Entspannung unter die Temperatur des wärmegebenden Raumes abgekühlt und anschließend zum Zwecke der Aufnahme von Wärme aus dem wärmeabgebenden Raum durch einen dort angebrachten Wärmetauscher geführt wird. Der Wärmegewinn sowie die nutzbare

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Leistung sind hierbei umso besser, je höher die Temperatur des wärmeabgebenden Raumes im Verhältnis zur Temperatur des Nutzkreises ist.

Als nachteilig dieser bekannten Einrichtung ist insbesondere die Notwendigkeit zum Betrieb eines Kompressors anzusehen, der zur Rückgewinnung wirtschaftlich sinnvoller Wärmemengen auch eine entsprechende Leistung aufweisen muß. Dies erfordert entsprechend hohe Investitionskosten.

Hinzu kommen die durch den Betrieb von Kompressoreinrichtungen auftretenden Nachteile, insbesondere die starke, die Einsatzmöglichkeit in Wohnhäuser zumindest stark beeinträchtigende Geräuschentwicklung und der Umstand, daß Kompressoranlagen der hier in Rede stehenden Leistung in machen Bereichen zeitlichen Betriebsbeschränkungen unterliegen. Es treten weiterhin Schwierigkeiten beim unmittelbaren Einbau bzw. Anschluß dieser Anlagen an bestehende . Nutzkreise, vor allem Heizungsanlagen auf.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Nutzbarmachung atmosphärischer Wärme, insbesondere von Verlust- oder Sonnenwärme, die ohne Schwierigkeiten in einen vorhandenen Nutzkreis, z. B. ein Heizungssystem,

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integriert werden kann und die Erfindung besteht darin, daß zur Aufnahme der atmosphärischen Wärme der Verdampfer jnd zur Abgabe der aufgenommenen "Warme an den iiutzkreis ler Kondensator and Absorber eines 'nach dem Absorbereystein arbeitenden Gas-/.Flüssigkeitgemischkreises dient.

Auf diese V/'eise ist eine ohne Schwierigkeit auch nachträglich in jeden iiutzkreis, z. B. in die Rücklauf leitung eines Heizungsnetzes integrierbare Einrichtung geschaffen, in der atmosphärische Wärmemengen unmittelbar nutzbar gemacht v/erden können. Die Einrichtung ist preiswert herstellbar und von dem Einsatz von Kraft- und Arbeitsmaschinen unabhängig. Sie arbeitet daher geräuschlos und verschleißfrei. Da die zum Betrieb der Anlage erforderliche Kocherv.'ärme praktisch verlustfrei eingespeist werden kann, erbringt der Einsatz auch noch bei Temperaturen um + 1O C und gegebenenfalls darunter noch wirtschaftlich sinnvolle Ergebnisse. Die Einrichtung unterliegt keinen Kutzunjsbeschränkungen und ist von einer direkten Sonneneinstrahlung unabhängig, sodaß sie gegenüber den bisher bekannten (Sonnen-) Kollektoranlagen ebenfalls wesentliche Vorteile besitzt. Sie kommt darüberhinaus - ebenfalls im Verhältnis zu bekannten Kollektoranlagen - mit kleinereu Kollektorflächen und wegen äer zeitlich längeren Nutzbarkeit insbesondere mit erheblich kleineren V/asserspeichern aus, erbringt vom Verdampfer höhere l.'utzternperatur und ermöglicht über die V/ärmerückgewinnung

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hinaus den Einsatz zur Raumkühlung.

Der Verdampfer (Kollektor) kann grundsätzlich an jeder innerhalb oder außerhalb eines geschlossenen Raumes gelegenen Stelle angeordnet sein. Er ist jedoch vorteilhaft in einem erfahrungsgemäß in besonderem Maße der atmosphärischen Erwärmung ausgesetzten Raum angeordnet, so etwa im Dachgeschoß unmittelbar unter der im Bereich des Verdampfers zweckmäßig mit einer Isolierverglasung versehenen Dachhaut oder im Kesselraum der Heizungsanlage, in welchem Palle in einem sehr kurzen Kreislauf die Rückgewinnung der in den Kesselraum abgegebenen Verlustwärme und atmosphärische möglich ist.

Die Kocher-Beheizung kann in bekannter Weise, beispielsweise mittels eines netzgespeisten Heizstabes oder mittels Öl- oder Gasbeheizung erfolgen. Es kann jedoch auch zur Kocherbeheizung ein mittels einer Solarzellen-/Akkumulatoranordnung gespeister Heizstab oder eine systemeigene V/ärmequelle verwendet werden. So kann beispielsweise bei Heizungsanlagen die vom Abgasrohr abgegebene Verlustwärme zur Beheizung des Kochers dienen und zu diesem Zweck - in enger Anlage oder mit geringem Spiel eine Rohrleitungsspirale des Absorberkreises um das Abgasrohr herumgeführt sein. Es kann weiterhin vorteilhaft in diesem Falle zur - zumindest teilweisen - Überbrückung der Brenner·-

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Stillstandszeiten im Kocher ein Wärmespeicher, etwa aus Gußeisen oder Magnesit, vorgesehen sein, der während der Brennphase aus dem Abgasrohr Wärme aufnimmt und speichert und diese Speicherwärme in der Brennerstillstandsphase wieder an den Kocher abgibt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich insbesondere zum Betrieb eines (solaren) Kleinkraftwerkes derart, daß zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer des Absorberkreises ein Kühler angeordnet ist und der Kondensator, der Kühler und der Verdampfer des Abkorberkreises gleichzeitig den Verdampfer, einen Wärmespeicher und einen Kühler (Kondensator) eines Turbinenkreises mit angeschlossenem Generator bilden. Hierbei ist der Generator zweckmäßig ausgangsseitig an einen Magnesit-Blockspeicher angeschlossen

Die Vorteile dieser Anordnung gegenüber bekannten Kleinkraftwerke bestehen insbesondere darin, daß sie eine sehr wesentlich verkleinerte, lediglich etwa 25 fi ausmachende Kollektorfläche sowie keinen Brunnenkreislauf benötigen, bei kleineren Kollektorflächen und kleineren Wasserspeichern höhere Temperaturen erbringen. Sie ist weiterhin - ebenso wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen - nicht von direkter Sonneneinstrahlung abhängig, vermag jedoch direkte Sonneneinstrahlung hochwirksam auszunutzen. Sie eignet sich daher insbesondere zur Energieversorgung von Wohnhäusern und Arbeitsstellen ohne

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Netzanschluß oder als Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeugbatterien oder Direktantrieb.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer unter der Dachhaut eines Hauses angeordneten Wärraerückgewinnungs-Einrichtung gemäß Erfindung.

Fig. 2 die schematische Darstellung einer anderen Ausfiihrungsform einer Wärmerückgewinnungs-Einrichtung.

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines (solaren) Kleinkraftwerkes.

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der in den Fig. 1 bis 3 widergegebenen Ausführungen.

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Verdampfer- bzw. Kollektoranordnung und zwar in Ansicht (a), Seitenansicht (b) und Draufsicht.

Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Einrichtung zur Nutzbarmachung atmosphärischer Wärme besteht erfindungsgemäß im wesentlichen aus dem Sammler 1, der vorzugsweise von Flüssigkeit und Gas durchströmten großflächigen Wärmetauschelementen gebildet ist und im Beispielsfalle im Dachgeschoß un er der Dachhaut 2 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Dachhaut im Bereich der Sammlerelemente von einer Isolierverglasung gebildet, um auch direkter Sonneneinstrahlung Zutritt zu den Sammelelementen zu geben. Direkte Sonneneinstrahlung ist jedoch nicht Voraussetzung für die Wirksamkeit der Einrichtung. .Die erfindungs-

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τ —

■JA

gemäße Einrichtung besteht weiterhin aus einem weiteren Wärmetauscher 3> der in einer Plüssigkeitskammer 7 angeordnet ist, die ihrerseits in den Nutzkreis, beispielsweise den Rücklauf einer Heizungsanlage unmittelbar vor Eintritt in den Kessel integriert ist. Die Einrichtung stellt somit einen integralen Bestandteil der Kesselanlage "~ dar. Die den Sammler 1 bildenden Wärmetauscherelemente und die die Wärmeverbindung zum Nutzkreis darstellenden Wärmetauscherelemente 3 sind Teile eines Absorberkreises, der im übrigen von dem Absorber 4, und dem Kocher 5 mit Heizelement 6 gebildet ist. Die Kocherbeheizung erfolgt im Beispielsfalle mittels eines elektrischen Heizstabes, der an das öffentliche Stromnetz angeschlossen oder von einer Solarzellen-/Akkumulatoreinrichtung gespeist sein kann.

Die Einrichtung arbeitet analog wie eine Absorberanlage.-in umgekehrter Wirksamkeit derart, daß das Wärmeträgermedium beispielsweise Ammoniak im Kocher 5 durch die durch den Heizstab 6 zugeführte Wärme verdampft und im Kondensator 3 unter Abgabe der Verdampfungswärme an den Kesselkreis 7 kondensiert wird. Das Wärmeträgermedium wird anschließend in den als Sammler wirkenden Verdampferelementen 1 entspannt und infolge der hierdurch eintretenden Abkühlung in die Lage zur Aufnahme der Wärme aus der Atmosphäre versetzt. Das so erwärmte Wärmeträgermedium fließt in den Absorber 4 zurück und wird dort

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von der Absorberflüssigkeit aufgenommen und zurück zum Kocher transportiert, wo der Kreislauf von neuem beginnt.

Bei der in Pig. 2 wiedergegebenen Ausfuhrungsform, bei der im übrigen die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind, erfolgt die Kocherbeheizung unter Heranziehung der Verlustwärme eines Heizkessels, zu welchem Zweck der Flüssigkeitsstrom in einem Spiralrohr 8 um das Abgasrohr 3 der Kesselanlage geführt ist. Es ist weiterhin im Kocher ein Wärmespeicherkern 10 aus Gußeisen oder Magnesit mit Wärmeübergangsstab 11 aus Kupfer vom Speicher 10 zum Bad 5 vorgesehen. Durch diese Anordnung wird die Gesamtanlage insoweit, als sie in einer Heizungsanlage integriert ist, weiterhin von einer Fremdenergiequelle unabhängig infolge der Heranziehung der systemeigenen Wärme zur Kocherbeheizung. Hierbei nimmt während der Brennphase der Wärmespeicher 10 Überschußwärme auf, die in der BrennerStillstandsphase zur Kocherbeheizung an das Wärmerückgewinnungssystem abgegeben werden kann. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung eignet sich insbesondere zur Installation im Kesselraum und damit zur Rückgewinnung der unmittelbar in dem Raum abgegebenen Kesselverlustwärme, läßt sich aber auch zur Nutzbarmachung atmosphärischer Wärme verwenden und ist nur mit einem Öl- oder Gasbrenner versehen eine vollkommen selbständig arbeitende Heizkesselanlage.

In Fig.3 - in der im übrigen die gleichen Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind - ist ein (solares)

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Kleinkraftwerk in schematischer Darstellung wiedergegeben. Die die Wärmetauscherelemente 3 des Kondensators umgebende Flüssigkeitskammer bildet - abweichend von Fig. 1 - nicht einen integralen Teil einer Heizungsanlage sondern eines Turbinenkreises, der im übrigen aus der Turbinen-Generator-Einheit 12 und nachgeschalteten Wärmetauscherelementen 13 zu einem Wärmespeicher 14 besteht, zwischen denen im Nebenschluß ein Vorkühlkreis 15, 16 angeschlossen ist, in dessen Kiihlerbehälter 16 ein Teil der Verdampferelemente des Absorberkreises in Form von Wärmetauscherelementen 17 angeordnet sind. Im Absorberkreis vor den Wäremetauscherelementen liegende Wärmetauscherelemente 18 sind im Wärmespeicher 14 gelegen. 19 bezeichnet einen Magnesit-Blockspeicher.

Die Arbeitsweise des Absorberkreises ist die gleiche wie in Fig. 1. Im Tubinenkreis erfolgt der Dampf- bzw. Flüssigkeitsumlauf in der durch Pfeil bezeichneten Richtung, wobei der Turbinenantrieb mittels des im Verdampfer 7 erzeugten Dampf erfolgt und die Restkondensatoren des aus den Turbinen austretenden Dampfes im Vorkühlerkreis 15, 16 erfolgt, wobei die Kondensatorenwärme über den Wärmetauscher 17 an den Absorberkreis zur Vorwärmung der Absorberflüssigkeit vor Eintritt in den Verdampfer 1 des Absorberkreises abgegwen wird. Die kondensierte Flüssigkeit gelangt in den Wärmespeicher sowie dort zur Herbeiführung eines Temperaturausgleiches

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zwischen den Kreisen in indirektem Wärmetausch ebenfalls mit dem Absorberkreia» Von dort gelangt die Flüssigkeit in den Verdampfer 7 des Turbinenkreises zurück, wo der Kreislauf von neuem beginnt ι

In einer - in Fig. 4 schematisch wiedergegebenen - Abwandlung kann ein zusätzlicher Wärmeautausch zwischen Absorber und Kondensator vorgesehen sein. In Fig. 4 sind analog zu den Fig. 1 bis 3 mit 7 der Kondensator bezeichnet. Es bezeichnen weiterhin die Bezugsziffern 20 und 21 die Anschlüsse des Heizbzw. Turbinenkreises und 4 die Anschlüsse eines Wärmetauschers zum Absorber. Es wird hierdurch eine weitere Wärmetauschenverbindung im Sinne eines Temperaturausgleiches zwischen Absorber und Kondensator erreicht.

In Fig. 5 sind die vorteilhaft in Verbindung mit dem Kleinkraftwerk angewendeten Wärmekollektoren wiedergegeben. Es bezeichnen 1 das Kollektorrohr, an dem die Kollektoren 24 wärmeleitend befestigt sind. Die Kollektoren bestehen aus Blattmaterial, sind in senkrechter Stellung mit den wärmeabführenden Rohren 1 verbunden und an ihren freien Kanten winkelig, jedoch knickfrei gebogen. Es wird hierdurch eine - bezogen auf die Raumfläche - sehr hohe relative Kollektorfläche und damit eine gute (konvektive) Wärmeaufnähme erreicht. Es kann hierdurch weiterhin eine optimale Ausnutzung von Sonneneinstrahlung erreicht werden insofern, als bei entsprechender Ausrichtung

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der Kollektorlamellen sowie einer Abbiegung derart, daß die Vorderkante mit der Horizontalen einen Winkel d von 45
einschließt, auf dem Sonnenumlauf eine direkte Aufstrahlung unter einem günstigen V/inkel erreicht wird. Es sind die Lamellen vorteilhaft auf der Oberseite mit einer schwarzen Beschichtung versehen und auf der Unterseite ein die absinkende Kaltluft abführender Ventilator oder ins Freie führende Kaltluftabführungskanäle angeordnet.

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-JH,-

Le e ri e i te

Claims

PATENTANSPRÜCHE

. 1.,Einrichtung zur Nutzbarmachung atmosphärischer Wärme,
insbesondere von Verlust- oder Sonnen-warme, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der atmosphärischen
Wärme der Verdampfer (1) und zur Abgabe der aufgenommenen Wärme an den Nutzkreis (4) der Kondensator (3) eines nach dem Absorberprinzip arbeitenden Gas-/FlüssigkeitsgeiDischT kreises dient.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verdampfer (Kollektor) (1) im Dachgeschoß unmittelbar unter der Dachhaut (2) angeordnet und die Dachhaut im Bereich des Verdampfers mit einer Isolierverglasung versehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Verdampfer (1) im Kesselraum der Heizungsanlage angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (1) mit einem Ventilator versehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sur Kocher-Beheizung ein netzgespeister Heizstab vorgesehen ist.

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6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kocherbeheizung ein mittels einer Solarzellen-ZAkkumulatoranordnung gespeister Heizstab vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zur Kocherbeheizung ein Öl- oder Gasbrenner vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kocherbeheizung eine Rohrleitungsspirale (8) des Absorberkreises in enger Anlage oder mit geringem Spiel um das Abgasrohr (9) herumgeführt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur - zumindest teilweisen - Überbrückung der Brennerstillstandszeiten im Kocher (5) ein Wärmespeicher (10) etwa aus Gußeisen oder Magnesit mit Wärmeleitstab (11) zum Bad vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmetauscherelemente (3) des Kondensators umgebende Plüssigkeitskammer (7) einen integralen Teil eines Turbinenkreises bildet.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenkreis im übrigen aus der Turbinen-Generator-Ein-

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heit (12) und nachgeschalteten Wärmetauscherelementen (13) zu einem Wärmespeicher (14) besteht, zwischen denen im Nebenschluß ein Vorkühlkreis (15, 16) angeschlossen ist.

12. Ein~-"~htung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlerbehälter (16) ein Teil der Verdampferelemente des Absorberkreises in Form von Wärmetauscherelementen (17) angeordnet sind.

13· Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ■ im Wärmespeicher (14) im Absorberkreis vor den Wärmetauscherelementen (17) liegende Wärmetauscherelemente (18) gelegen sind.

H. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (12) ausgangsseitig an einen Magnesit-Blockspeicher (19) angeschlossen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Η, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (4) mit Verdampfer über eine Wärmetauscherleitung verbunden ist.

Ιο. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorlamellen (24) in senkrechter Lage nebeneinander mit den wärmeabführenden Rohren wärmeleitend verbunden und an ihren freien Enden aachartig knickfrei abgebogen sind.

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17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die

ο Lamellen im Abbiegebereich eine Kantenneigung von etwa 45 gegen die Korizontale aufweisen.

18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Lamellen auf der Oberseite mit einer schwarzen Beschichtung versehen sind.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Lamellen ein die absinkende Kaltluft abführender Ventilator oder in Freie führende KaItluftabführungskanäle angeordnet sind.

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