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Betr.: Antrao auf Erteilunq eines Patents
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B e s c h r e i b u n g Titel: Wärmpumpe nach dem Absorbtionsverfahren
Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, die zum Zweck der Enernieeinsparunq
in privaten Haushalten, im Handwerk und in der Industrie vorzugsweise zur Raumheizung
eingesetzt wird.
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Zweck: Gewinnung und Rückgewinnung von Wärme aus der Natur oder sus
Arheitsprozessen, bei denen Abwärme geringer Temperatur anfällt.
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Stand der Technik: Das Prinzip der Wärmepumpe ist schon so lange bekannt,
wie die maschinelle Kälteerzeuqunq. Wärmepumpen werden heute vielfälltig eingesetzt,
z. B. zur Wohnungsbeheizung, Schwimmbadbeheizung und zur Erzeuqunq von heißem Wasser
aus warmer Milch Kritik: Alle Wärmepumpen, die den Zweck hahen, z. EI. eine Wohnung
zu beheizen, arbeiten nach dem Kompressionsprinzip, obwohl bekannt ist, daß dieses
Verfahren der Wärmeerzeugung zwar Energie einspart, daß es aher von der Betriebskostenseite
her teurer ist, als mit Öl, Gas oder hohle direkt zu heizen. Dies ist darin begründet,
daß der Kompressor üblicherweise durch einen Elektrometer angetrieben wird.
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Man kann davon ausqehen, daß 1 Kg Heizöl ca. 40.000 kJ enthält und
zur Zeit o,25 DM kostet. Dies ist ein Preis von 6,25DPf für 10.000 kJ.
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Dem qeqenüber kosten 10.000 kJ an elektrischer Enerqie bei einem Preis
von z. Z. DM 0,10 je KWh ca, 27,5 DPf, was ca. 4,4 mal so viel ist.
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Wenn man weiter davon ausgeht, daß für loo % Wärme bei der Wärmepumpe
33 1/3 % elektrischer Enerqie aufgewendet werden muß, so kosten 10.nno kJ : 10.ooo:3
= 9,16 Dof, dem qegenüber steht ein Kessel mit einem Wirkungsgrad von 80 %. Hier
müssen aufgewendet werden für 10.000 kJ : 10.000:0,8 : 1o.ooo . 6,25= 7,81 DPf.
Nach dieser Rechnunq ist der Betrieb der Wärmepumpe also um ca. 17,25 % teurer.
Da eine Wärmepumpenheizunq oleichzeitig auch noch höhere Investition erfordert,
ist es nicht möglich, Wärmepumpenheizungen in größerer Zahl einzubauen, obwohl nach
diesem Prinzip Energie einqespart werden könnte.
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Wenn der Knmpressor von einem Dieselmotor angetrieben wird, wie dies
von VW vorgeschlagen wird, so läßt sich die Wärmepumpe tatsächlich billiqer betreiben.
Da jedoch nach allqemeiner Erfahrunq der Motor
nur eine beqrenzte
Lebensdauer hat, und ein Dieselmotor sehr teuer ist, bringt auch dieses Verfahren
über länoere Zeit keinen Gewinn, Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zunrunde,
die hohen Betriet'skosten 7U senken, um dadurch inden vermehrten Einsatz von Wärmepumpen
zu erreich. Dies hätte gesammtwirtschaftlich erhebliche Enernieeinsparungen zur
Folge.
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Lösung: Die Aufoabe wird erfindunosmäßin dadurch qelöst, daß statt
des Kompressinnsnrinzip das Absorbtionsprinzin als Wärmepumne annewendet wird.
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Weitere Ausgestaltung: Es ist möglich, den Wärmeentztjo aus dem abzukühlenden
Medium, zO B. Grundwasser, nach dem Prinzip der Zweistufigen Verdampfunn vor7unehmen,
was einen wesentlichen Gewinn an Wärme gegenüber der aufgewendeten Energie brinot.
Des weiteren lässt sich im Abgaskanal des Heißwassererzeuners ein Wärmetauscher
ein#auen, welcher vom Grundwasser durchflossen wird, bevor dies in den Verdampfer
eintritt. Dies hat zur Folge, daß die Ab@astemperatur auf nahezu Umgebungstemperatur
abgesenkt wird und dadurch der Wirkungsgrad des Heißwassererzei!ners auf fast 100
% erhöht wird.
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Als weitere Möolichkeit ist in Erwägung zu ziehen, das arme Abwasser
von Kraftwerken und Industriebetrieben statt Grundwasser zu verwenden, wenn beim
Betrieb einer sehr großen Absorbtionswärmepumpe, wie sie zur Beheizung von qanzen
Wohnsiedlunoen denkbar ist, die Absenkung der Grundwassertemperatur unerwünscht
ist. Diese Abwärme konnte bisher nicht wirtschaftlich ausgenützt werden, da der
Transport von warmem Wasser über große Strecken eine Wärmeisolierung der Wasserleitung
erforderlich macht, die wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Zur Verwendung in einer
Wärmepumpe würde es jedoch nenügen, wenn das Wasser mit der Temperatur des Erdreichs
ankommt. Hierdurch könnte auch das leidine Problem der Überheizung von Flüssen durch
warmes Abwasser wenigstens teilweise beseitigt werden.
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Erzielbare Vorteile: Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind
im wesentlichen: Einsparung von Energie und Einsparunn von Kosten für den Betreiber
der Anlage. Die Einsparunn von Kosten ist die wichtigste Motivation, um gesammtwirtschaftlich
Energiesparende Maßnahmen zu erreichen.
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Beschreibung einer Anlage als Beispiel: Die Funktion einer Absorbtionskälteanlage
kann als bekannt vorausgesetzt werden. Das vom Heißwasserezeuger (Kessel oder Gastherme)
kommende Heißwasser heizt den Austreiber und fließt wieder zum Keißwassererzeuger
zurück. Die am Austreiber
einqebrachte Heizenernie wird am Kondensator
wieder frpi Das Kondensierte Kältemittel fließt über ein Regelventil zum Verdampfer.
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Hier wird durch Verdamnfuno dem Grundwasser Wärme entzogen. Diese
Wärme ist nun im Dampf enthalten. Der Dampf wird im Ahsnrher absorbiert, wobei die
Verdampfungswärme wieder frei wird. Diese reiche Lösung wird nun mit einer Pumne
über einen Wärmetauscher wieder zum Austreiber transportiert. Durch die Erwärmung
im Aiistreiher wird nun das Knltemittel ausgetrieben und nelannt als Dampf zum Kondensator.
Die arme Lösung fließt über den Wärmetauscher wieder zum Absorber zurück, wo die
arme Lösung durch Absorbtion wieder zur reichen Lösung wird. Der Wärmetauscher hat
die Aufgabe, die warme arme LHsunq auf dem Wen zum Ahssrber abzukühlen im Wärmetausch
ge@en die kalte reiche Lösung, die dadurch schon warm zum Austreiber qelangt. Der
Vnrnann austreiben -kondensieren verläuft praktisch ohne Verlust. Die Kondensationswärme
wird dem Heizungssystem zugeführt und ist der im Heißwassererzeuner aufoebrachten
Wärmemenge unqefähr proportional. Der Gewinn an Wärmeenerqie resultiert aus dem
Voroang Verdampfen - absorbieren, weil die Verdampfungswärme am Absorber wieder
frei wird und ebenfalls dem Heizungssystem zugeführt wird.
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Das Grundwasser wird von einem Brunnen mit einer Pumpe zum Abgaswärmetauscher
gepumpt und kühlt dort unter eioener Erwärmung ### das Ahgas auf Umgebungstemperatur
Das erwärmte Grundwasser fließt nun zum Verdampfer. Hier wird nun die Wärme aus
dem Ahgaswärmetauscher und die Einenwärme des Wassers soweit entzogen, daß das Grundwasser
mit einer Temperatur von 1 ° C her dem Gefrierpunkt = 174 ° K an einem zweiten Brunnen
wieder ins Erdreich eintritt.
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Das System des Abgaswärmetauschers läßt sich auch anwenden, wenn als
Wärmeträoer Erdreich verwendet wird. Es kann dann allerdings nicht mit direkter
Verdampfung qearbeitet werden, sondern es muß als zwischentrager eine Sole verwendet
werden. Das qleiche gilt, wenn als Wärmeträger Luft verwendet wird.
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Das Prinzip der Absorbtions - Wärmepumpe hat den Vorteil, daß selbst
dann, wenn nur dem Abgas Wärme entzogen wird, schon mit einem Gewinn von mindestens
lo % zu rechnen ist0