DE3214271A1

DE3214271A1 - Hochdruck-waermepumpe

Info

Publication number: DE3214271A1
Application number: DE19823214271
Authority: DE
Inventors: Peter 8137 Berg Flögel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-17
Filing date: 1982-04-17
Publication date: 1982-12-09

Description

Beschreibung: Hochdruck-Wärmepumpe
Die HochdruckWärmepumpe hat zum Ziel, ähnlich herkömmlicher Wärmepumpen, ein Medium niedriger Temperatur auf ein höheres Temperaturniveau anzuheben, um diesen Effekt für Raumheizzwecke zu nutzen.
Die Hochdruck-Wärmepumpe arbeitet mit einem ruhenden Hochdruckmedium (c) unter Ausnutzung des Drosseleffektes ohne Änderung des AggregatzuAtandes. Der Temperaturanstieg einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit läßt sich über das mechaniche Wärmeäquivalent bestimmen. Ähnlich dem thermodynamischen Kreisprozeß bei Zustandsänderungen von Gasen ermöglicht bei Flüssigkeiten (6) der Drosseleffekt (2) eine reversible Demperaturänderung (1). Wenn mit Druckabnahme die Scherbeanspruchung der Flüssigkeit nachläßt, nimmt diese ihre ursprüngliche Viskosität wieder an (3). Die Dichte von öl ist temperatur-und druckabhängig: Eine 1 m lange Öl säule wird bei Erwärmung um 10 oC um 7 mm verlängert, bei Druckernöhung um 100 bar um 7 mm verkürzt (4) (7). Diese Erscheinung kommt der, der Hochdruck-Wärmepumpe zuzufiihrenden Menge an mechanischer Arbeit (Arbeitsenergie), vorteilhaft entgegen. Ferner nimmt mit zunehmendem Druck, also wachsender Dichte, die nachzudrückende Flüssigkeitsmenge ab, da die Kompressionszahl bei Drucksteigerung abnimmt (4).
Die beschriebenen physikalischen Eigenschaften einer wechselnd druckbeaufschlagten Flüssigkeit (hier synthetische Öle: z.B.
Silikonöle (5)) nutzt die Hochdruck-Wärmepumpe mit einem sich daraus ergebenden besseren Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Kompressions-Wärmepumpen. Desweiteren entfallen bei der Hochdruck-Wärmepumpe die stets bei einem realen Carnotschen Kreisprozeß auftretenden Verluste (9), wie Verdampfungsverluste, Verflüssigungsverluste, aber auch Strömungsverluste, oder auch die Verluste bzw der Rückgang der Leistungszahl (9' durch Uberhitzung des Arbeitsmediums im Verdichter von Kompressions-Wärmepumpen.
Reispisl: Druckmedium Silikonöl (5): Dichte : γ = 0,85 kg/dm3 Kcal spezifische Wärme :csp = 0,4 kg.°C angenommene Druckdifferenz:# p = 500 bar (z.B.mittels Diesel-Einspritzpumpe (8)) L = Kehrwert mech.Wärmeäquivalent 2,34#10-5 Kcal cm#kg 3ei Gleichsetzung der Wärmepotentiale mechanische Arbeit L = Gewicht . csp * Volumen # #p # L = Volumen # γ # csp # # t ergibt sich eine Temperaturerhöhung von L # # p #t = γ # csp 2,34#10-5#500 #t = 0,85#10-3#0,4 #t = 35 °C Bei einem angenommenen Temperaturniveau der Wärmequelle (g) z.B.: Außenluft oder Grundwasser von 10 °C bis 15 °C ergäbe sich demnach, unter Berücksichtigung der Warmetauscherverluste, eine für Raumheizzwecke, vorzugsweise im Niedertemperaturbereich, verwendbare Temperatur von ca. 40 °C bis 45 °C.
Die Hochdruck-Wärmepumpe besteht aus Druekrohren (a) mit jeweils einem konzentrisch innenliegend angeordnetem Heizrohr (b). Zwischen den Rohren befindet sich das ruhende Hochdruckmedium (c). Die Mantelflächen der Druckrohre werden von der Wärmequelle (g) (Außenluft, Grundwasser usw.) beau£-schlagt. Die Druckrohr und die Heizungsrohre sind jeweils an den äußeren Mantelflächen mit warmeleitenden Lamellen (e,f) versehen. Die Druckrohre müssen für den hohen Innendruck (z.B. 500 bar) ausgelegt sein. Die Heizrohre, die einem hohen Außendruck standhalten müssen, können dagegen eine entsprechend geringere Wandstärke aufweisen, die dadurch eine günstigere Wärmeableitung zuläßt.
Das Heizrohr führt die auf das Höhere Temperaturniveau beförderte Wärmemenge (d) zu besagten Heizzwecken ab.
Arbeitstakte: - Hochdruckmedium: drucklos Heizmedium: in Ruhe Wärmequelle: in Bewegung - Hochdruckmedium: unter Hochdruck Heizmedium: in Ruhe Wärmequelle: in Ruhe - Hochdruckmedium: unter Hochdruck Heizmedium: in Bewegung (r.Raumheizzwecke) Wärmequelle: in Ruhe Durch Kombination mehrerer Anlagen läßt sich ein kontinuierlicher BetriebsablauS bzw. auch eine höhere Endtemperatur erreichen.
Fundstellen: Hochdruck-Wärmepumpe (1) Einführung in die theoretische Physik v. Prof.Dr.-Ing. W.Döring eil IV Thermodynamik, Sammlung Göschen 3d.374, Ausgabe 1956, Seite 44 (2) Technische Thermodynamik, v. W.Pohlenz Technik-Tabellen-Verlag Fikentscher & Co, Darmstadt 1982, ISBN 3 87807 121 3 Seite 24 (3) Kraft- u.Schmierstoffe, v. H.Waldmann u. G.H.Seidel Sonderdruck für ARAL AG Bochum 18.Auflage, 1964 Seite 1046/1047 ( Formeln und Tabellen der Hydraulik + Pneumatik von iipl.-Ing. Th.Kirst iechnik-Tabellen-Verlag Fikentscher & Co, Darmstadt 1972, ISBN 3 87807 055 1 Seite 80/89/90 (5) Druckschrift der Wacker-Chemie GMBH, München Wackersilicone, Siliconöle AK, Ausgabe Oktober 1974 (6) Techniklexikon, 3and 3, Maschinenbau Grundlagen veröffentlicht im Rowohlt Taschenbuch Verlag Gmbd Reinbek bei Hamburg Oktober 1971, lSBN 3 499 19003 6 Seite 571 (7) Kröners Taschenbuch der Maschinentechnik herausgegeben v. Dr.-Ing. W.Schumacner, stuttgart mit Prof.Dr.-Ing. K.von Sanden, Kar@sruhe 1.Bd., Teilbd.IV, A.Kröner Verlag Seite 301 (8) Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Bosch, 18.Auflage 1976, ISBN 3 18 18003 4 Seite 238/289/290 (9) Wärmepumpen, v. Herbert Kirn, Band 1, 1979, Einführung u. Grundlagen, C.F.Müller Verlag, Karlsruhe 3. Auflage, ISBN 3 7880 7119 2 Seite 154/209 Leerseite

Claims

Patentansprüche 1 Die Hochdruck-Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, daß urter Ausnutzung des Drosseleffektes von Flüssigkeiten, ohne Änderung des Aggregatzustandes, die dadurch gewennene Wärmemenge eines höheren Temperaturniveaus für Rausheizzwecke Verwendung findet in Verbindung mit einer konzentrisch angeordneten Doppelrohr-onstruktion als Wäremtauscher.
2 Die Hochdruck-Wärmepumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr an seiner Mantelflache mit der W'ärmequelle (Luft, Grundwasser) beaufschlagt wird und die zwischen den Rohren befindliche ruhende Hochdruckflüssigkeit (Öl) nach der Druckbeaufschlagung die dadurch erfahrene Wärmemenge höherer temperatur über das innenliegende Heizrohr abgeführt wird und zu Heizzwecken zur Verfügung steht.
3 Di Hochdruck-Wärmepumpe nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruck-Wärmepumpe nach den Arbeitstakten - Hochdruckmedium: drucklos Heizmedium: in Ruhe Wärmequelle: beaufschlagt (in Bewegung) - Hochdruckmedium: unter Hochdruck Heizmedium: in Ruhe Wärmequelle: in Ruhe - Hochdruckmedium: unter Hochdruck Heizmedium: in Bewegung (f.Raumheizzw.) Wärmequelle: in Ruhe betrieben wira und bei Kombination von mehreren Hochdruck-Wärmepumpen-Anlagen die Arbeitstakte, zyklisch vertauscht, eine kontinuierliche Betriebsweise erlauben und bei Hintereinanderschaltung mehrerer solcher Hochdruck-Warmepumpen-Anlagen eine höhere Endtemperatur ermöglicht wird.