DE3031631A1

DE3031631A1 - Waermepumpe mit mechanischem antrieb

Info

Publication number: DE3031631A1
Application number: DE19803031631
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 4200 Oberhausen Noack
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1982-04-01

Description

Dr.-Ing. Rolf Noack - 2 Lohstraße 91
4-200 Oberhausen

Wärmepumpe mit mechanischem Antrieb

Wärmepumpen gewinnen durch die steigenden Preise bei den Primärenergieträgern immer mehr an Bedeutung. Stand der Technik ist es, solche Wärmepumpen mit Elektromotoren oder auch mit Kolbenmotoren (Diesel- oder Gasmotor) anzutreiben.

Beim Antrieb der Wärmepumpe mit Elektromotor besteht ein großer Nachteil darin, daß die Nutzung der Primärenergie auch nicht besser ist, als wenn der Brennstoff direkt in einer Kesselanlage für Heizungszwecke verbrannt würde. Der Grund hierfür liegt in dem schlechten Wirkungsgrad bei der Erzeugung elektrischer Energie, wodurch bekanntlich 2/~*> der eingesetzten Primärenergie verloren gehen. Die mit der Wärmepumpe aus der Umgebung zusätzlich gewonnene Energie deckt diese Verluste in etwa, so daß sich kein Gewinn an Primärenergie ergibt, Unter dem Gesichtspunkt der Primärenergienutzung ist es daher erheblich vorteilhaften, Verbrennungskraftmaschinen für den Antrieb der Wärmepumpen einzusetzen. Die entsprechend dem Stand der Technik bierfür eingesetzten Kolbenmaschinen haben aber den erheblichen Nachteil, daß in regelmäßigen und relativ kurzen Abständen Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen. Hierzu gehört das Einstellen der Ventile, der Ölwechsel, Kerzenwechsel und andere Arbeiten. Hinzu kommt, daß Kolbenmaschinen starke Schwingungen und Geräusche verursachen, so daß ihre Unterbringung in bewohnten Gebäuden oft mit großen Schwierigkeiten verbunden ist.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden.

ErfindungsgemäS wird hierzu eine Turbomaschine als mechanischer Antrieb vorgeschlagen.

Der vorgeschlagene Antrieb arbeitet nicht nach dem VerdrMngerprinzip (Kolbenmotor), sondern als Strömungsmaschine (Gasturbine). Kleine Gasturbinen haben zwar den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad nicht so ?ut ist wit- der von Verbrennungskraftmaschinen nach dem Verdränger:rinzi.ο; es ergibt sich jedoch hieraus kein entscheidender !.achteil für die Gesamtwärmepumpenanlage, da die Abwärme aus der Gasturbine ebenfalls für den Heizkreislauf genutzt wird. Nachteilig sind bei Gasturbinen üblicherweise auch die honen Preise. Hier wird vorgeschlagen, auf Gasturbinenanlagen zurückzugreifen, wie sie aus dem Automobil- bzw. auch Großmotorenbau bekannt sind. Diese Gasturbinen werden dort als Turbolader eingesetzt und in großen Serien hergestellt. Dementsprechend günstig sind die Preise. Während bei der üblichen Anwendung dieser Turbolader der Kolbenmotor sozusagen als Brennkammer dient, würde bei der Anwendung dieser Turbolader zum Antrieb einer Wärmepumpe zwischen den Kompressor- und Turbinenteil des Turboladers eine einfache Brennkammer geschaltet. Die Antriebseinheit, bestehend aus Gasturbine, Kompressor und Brennkammer, wird nachstehend kurz "Turbomaschine" genannt. Diese Turbomaschine würde den Kältemittelverdichter der Wärmepumpe antreiben, wobei dieser Kältemittelverdichter sowohl eine Strömungsmaschine sein könnte oder auch eine Verdrängermaschine, z.B. ein Schraubenverdichter. Diese besonders vorteilhaften Bauarten des Kältemittelverdichters sind möglich, weil die Turbomaschine die Antriebsleistung bei sehr hohen Drehzahlen zur Verfügung stellt. Die hohen Antriebsdrehzahlen der Turbomaschine gestatten es auch, zwischen Antrieb und Kältemittelverdichter eine magnetische..Kupplung zu schalten. Diese Kupplungen sind in der Lage, bei hohen Drehzahlen entsprechend große Antriebsleistungen zu übertragen. Die magnetische Kupplung hat den Vorteil, daß der Kältemittelverdichter

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keine Wellendurchführung benötigt, so daß diese Maschine stopfbuchslos ausgeführt werden kann, wodurch sich Kältemittelverluste und damit verbundene Sicherheitsrisiken vermeiden lassen.

Der wesentliche und entscheidende Vorteil der Turbomaschine als Antrieb für die Wärmepumpe besteht jedoch darin, daß Wartungsarbeiten so gut wie nicht erforderlich sind und durch den kontinuierlichen Betrieb der Turbomaschine auch keine Schwingungen entstehen. Es wäre damit möglich, eine praktisch wartungsfreie mechanisch angetriebene Wärmepumpe zu bauen. Die von der Maschine erzeugten Geräusche liegen in einem hohen Frequenzbereich und lassen sich dadurch sehr gut dämpfen. Oszilierende Massen sind nicht vorhanden, so daß auch keine Fundamentschwingungen entstehen können.

Die Zeichnung zeigt ein AusfUhrungsbeispiel der Wärmepumpe mit Antrieb durch Turbomaschine.

Die Verbrennungsluft wird bei 1 über den Luftfilter 2 , der gleichzeitig als Schalldämpfer ausgebildet ist, von dem Kompressor 3 der Turbomaschine angesaugt. Die verdichtete Luft gelangt dann in die Brennkammer 4 , in der Treibstoff, z.B. Öl oder Gas mit einem Brenner 5 verbrannt wird. Der Brennstoff wird bei 6 zugeführt. Die heißen Verbrennungsgase gelangen dann in die Turbine 7 * wo sie unter Arbeitsleistung entspannt werden. Die Abgase verlassen die Turbine bei 8 . Die mit der Turbine erzeugte mechanische Energie wird über die Antriebswelle 9 zum Teil auf den Kompressor Ubertr?· ^n₁ zum T iil über die Welle 10 auf die Magnetkupplur. - 11 , di ί ihrerseits den Kältemittelverdichter 12 antreit*-. Der Kältemittelverdichter 12 saugt das Kältemittel oei 13 an und fördert das verdichtete Kältemittel

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über die Leitung I²J- in den Kondensator 15 · In em K-:.der.-sator 15 giot das Kältemittel sene V irme an da. Kreislaufmedium der Heizung ab. Das dabei verflüssigte Kältemittel wird in dem Drosselventil 16 wieder entsp .nnt, so daß es in dem Verdampfer 17 wieder verdampft wer ;en kann, um bei I^ wieder von dem Kältemittelverdichter a..^esa_gt zu werden. Die für die Verdampfung erforderliche Wärme wird der Umgebung entnommen. Ein entsprechendes Medium, z.B. Luft oder Wasser, wird bei 18 dem Verdampfer zugeführt und naoh Abkühlung bei 19 wieder aus dem Verdampfer abgleitet. Das Medium des Heizungskreislaufes gelangt von dem Kondensator 15 zu einem Warmeaustauscner 20 , wo ein Wärmeaustausch mit den heißen Turbinenabgasen herbeigeführt wird. Es kann damit die Restenergie in diesen Gasen genutzt werden, die anschließend über die Rohrleitung 21 in einen Schornstein geleitet werden. Das heiße Kreislaufmedium gelangt dann anschließend in die Wärmeverbraucher 22 und von da nach Wärmeabgabe über eine Umwälzpumpe 2J> wieder in den Kondensator 15 zurück.

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Claims

Dr.-Ing. Rolf Noack
Lohstraße 91
Oberhausen

Patentansprüche

Wärmepumpe mit mechanischem Antrieb, gekennzeicnnet durch eine Turbomaschine als mechanischer Antrieb.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durcn einen für Kolbenmotoren an sich bekannten Turbolader als mechanischer Antrieb.
j5. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kompressor (J5) und Turbine (7) des Turboladers eine Brennkammer (4) geschaltet ist.
4. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den heißen Abgasen der Turbine enthaltene fühlbare Wärme in einem Wärmetauscher (20) für die Heizung (22) nutzbar gemacht wird.
5· Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (7) den Kältemittelkompressor (12) antreibt, der als Strömungsmaschine oder Verdrängermaschine ohne oszilierende Massen ausgebildet ist.
6. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Turbine (7) und Kältemittelkompressor (12) eine magnetische Kupplung (11) vorgesehen ist.
7. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Luftfilter (2), Kompressor (^), Brennkammer (4), Turbine (7), magnetische Kupplung (11), Kältemittelverdichter (12), Kondensator (15), Verdampfer (17) und WÄrmetftueohRr (ί^Ο) auf einem Πnunirahmen /,unniiimengebftut aind und mit einer Schallisolierung versehen sind,

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