DE3315462A1 - System und anlage zur energiesparenden erzeugung von heizwaerme und heisswasser mit integrierter notstromversorgung - Google Patents

Description

• System und Anlage zur energiesparenden Erzeugung von
• Heizwärme und Heißwasser mit integrierter Notstromversorgung Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein an sich bekanntes System zur Erzeugung von Heizwärme mittels verbrennungsmotorisch angetriebener Wärmepumpe, bei dem jedoch durch den Aufbau und die Kombination der Bauelemente eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit erreicht wird.
• Bekannt ist, daß die Wärmepumpe über einen Verdampfer ihrer Umgebung Wärme entzieht, die über einen Kompressor, verdichtet auf ein höheres Temperaturniveau, transformiert wird.
• Bekannt ist auch, daß insbesondere bei Einsatz von Verbrennungsmotoren die Wärmepumpe wirtschaftlich arbeitet, indem sie sich das erhöhte Temperaturniveau aus der Motorabwärme zunutze macht. Auch wird bereits über Wärmetauscher die Energie der heißen Abgase und des Kühlwassers (Kühlluft) direkt zur Erwärmung von Heizwasser herangezogen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die. Elemente des Systems zur Heizwasser-Erzeugung so zu konzipieren und anzuordnen, daß die Energieverluste minimiert werden und gleichzeitig Heißwasser erzeugt wird und die Möglichkeit der Notstromversorgung gegeben ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß so gelöst, daß alle Aggregate, bestehend aus einem Verbrennungsmotor, einer Wärmepumpe (Kompressor - Verflüssiger -Expansionsventil - Verdampfer),-einem Generator/Elektromotor, einem Ventilator und Wärmetauscher unter einer gemeinsamen schall- und wärmeisolierten Haube, die unten offen oder zum Teil offen ist, angebracht sind, wobei die Aggregate sich im oberen Teil, die Wärmetauscher im unteren Teil der Haube befinden.
• Die Wärmetauscher sind erfindungsgemäß so konzipiert, daß in einem großen, außen isolierten Behälter, der gleichzeitig der Brauchwasserbehälter ist, alle weiteren wärmeführenden Medien eingeleitet werden, und zwar die Abgase über einen Abgaswärmetallseher, die Schmierbiwärme des Motors und Kompressors über den Schmierölwarmetauscher, die Umgebungswärme über den Verflüssiger der Wärmclumpe, die elektrische Energie über einen Widerstandserhitzer.
• An einem ausgewählten Beispiel wird die Erfindung näher beschrieben und skizzenmäßig erläutert. Es zeigen Fig. 1 Gesamtsystem und Anlagenaufbau Fig. 2 Antriebsschema der Aggregate Fig. 3 Anordnung des Brauchwasservorerwärmers Fig. 4 Gestaltung der Haube Es bilden erfindungsgemäß die äußere, die Anlage umschließende, isolierte-Haube (1) mit dem isolierten Brauchwasserbehälter (.2) eine Funktionseinheilt, bei der-in Längsrichtung die unten offene Haube durch den Brauchwasserbehälter abgedichtet wird, während an den Stirnseiten oeffnungen zum Lufteintritt (3) von unten bzw. zum Luftaustritt verbleiben. Erfindungsgemäß wird die Luft zwischen der Außenisolation des Brauchwasserbehälters und der Innenisolation der Haube geführt, wodurch ein schallgedämmter Kanal entsteht. Der Brauchwasserbehälter ist in einem rechteckigen Rahmen (4) befestigt, der erfindungsgemäß die gleichen Dimensionen hat wie der auf ihn aufsetzbare rechteckige Rahmen für die Aggregate.
• Dabei sind die Rahmenmaße max. 850 x 850 x 1500 mm. Die Haube wird erfindungsgemäß aus sieben gleichen, innen isolierten Wandelementen (5) mit den max. Außenmaßen 850 x 1700 mm gebildet.
• Im Normal betrieb wird die Wärme durch einen Verbrennungsmotor (6) erzeugt, der den Kompressor (7) einer Wärmepumpe antreibt. Kompressor und Motor haben erfindungsgemäß einen gemeinsamen Ulkreislauf(,8)der,als Wärmetauscher in den oberen Bereich des Brauchwasserbehälters eingeführt, einerseits Wärme abgibt, andererseits aber auf Betriebstemperatur gehalten wird. Der Motor saugt seine Luft über ein Saugrohr (9) aus dem kühleren Bereich bzw. aus dem Luftkanal an. Die heißen Abgase (10) werden erfindungsgemäß in einem Innenrohr durch einen Rohrmantel (ll) geführt, in dem sich das Heizwasser im Gegenstrom bewegt. Der Rohrmantel befindet sich innerhalb des Brauchwasserbehälters, so daß erfindungsgemäß ein Wärmetauscheffekt in zwei Richtungen (Abgas - Heizwasser - Brauchwasser - Heizwasser) stattfindet, was insbesonders wichtig ist, wenn nur Brauchwasser erwärmt werden soll (Sommerbetrieb). Die Länge dieses Tauschsystems ist dabei abhängig vom gewünschten Wärmeaustausch. Erfindungsgemäß befindet sich dieser Abgaswärmetauscher im unteren Bereich des Brauchwasserbehälters.
• Die jeweiligen Umlenkungen der Durchflußrichtung durch den Brauchwasserbehälter erfolgen erfindungsgemäß außerhalb des Brauchwasserbehälters. Das Heizwasser wird nach Verlassen des Abgaswärmetauschers in einen Nacherwärmer (12), der sich im oberen Bereich des Brauchwasserbehälters befindet, geführt. Das noch warme Abgas wird erfindungsgemäß durch ein Rohr in einen isolierten Rohrmantel (13), in dem sich das nachströmende Brauchwasser im Gegenstrom bewegt, geführt. Dieser Brauchwasser-Vorwärmerist erfin-dungsgemäß außerhalb des Brauchwasserbehälters.
• Der Verdampfer (14) der Wärmepumpe ist erfindungsgemäß im oberen Bereich des Aggregateraumes angebracht. Im Fall der integrierten Notstromversorgung wird ein Elektromotor/Generator (15) installiert. Erfindungsgemäß dient dieser dann auch dazu, den heiz- bzw. brauchwassertemperaturgesteuerten Verbrennungsmotor zu starten. Diese Aufgabe wird so gelöst, daß sowohl der Motor (6), der Kompressor (7) und der Generator (15) mit je einer vornehmlich elektromagnetisch betriebenen Kupplung ausgerüstet wird und über ein Riemen- bzw. Zahnradgetriebe miteinander verbunden werden können.
• Erfindungsgemäß übernimmt bei Ausfall des Verbrennungsmotors der Elektromotor den Antrieb des Kompressors. Im Fall der Notstromversorgung treibt der Verbrennungsmotor den Generator an. Es wird, um den Gleichlauf zu gewährleisten, zweckmäßig eine Schwungmasse (16) vbrgesehen. Nicht von anderen Verbrauchern abgenommene elektrische Energie kann erfindungsgemäß über einen Widerstandserhitzer (17), der sich im Brauchwasserbehälter befindet, wieder in Wärme umgewandelt werden.
• Der Elektromotor/Generator wird im Aggregateraum erfindungsgemäß so angeordnet, daß die angesaugte Kühlluft bzw. Verbrennungsluft über den Generator/ Elektromotor streichen kann, wodurch dieser vor zu großer Erwärmung geschützt wird. Es kann eine zusätzliche Luftbewegung über einen- Ventilator erzeugt werden 1 18 .
• - L e e r s e i t e -

Claims (30)

1. Patentansprüche System zur Erzeugung von Heizwärme durch verbrennungsmotorisch angetriebene Wärmepumpe mit integrierter Brauchwassererwärmung und Notstromversorgung d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß alle Aggregate unter einer gemeinsamen unten offenen, innen schall- und wärmeisolierten Haube angebracht sind.
2. 2. System nach Anspruch 1 da du r c h g e k e n n z e i c h ne t daß ein außen isolierter Behälter für die Brauchwassererwärmung mit der Außenhaube des Systems eine funktionale Einheit bildet, indemder Brauchwasserbehälter einen Teil der unteren Haubenöffnung verschließt.
3. 3. System nach Anspruch 1 u. 2 d a d u r c h o e k e n n z e i c h n.

   daß zwischen den Stirnseiten der Haube und den Stirnseiten des'Brauchwasserbehälters an einer oder 2 Seiten ein Abstand vorgesehen ist, durch den Luft in den oberen Haubenbereich einströmen bzw. ausströmen kann.
4. 4. System nach Anspruch 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n.

   daß der Brauchwasserbehälter im unteren Bereich, die Aggregate im oberen Bereich der Haube angebracht sind.
5. 5. System nach Anspruch 4 da dur c h g e k e n n z e i c h ne t daß die Innenisolierung der Haube und die Außenisolierung des Brauchwasserbehälters einen schallgedämmten Ein- bzw. Austrittskanal für die Luft bilden.
6. 6. System nach Anspruch 1 zur Erzeugung von Wärme im Brauchwasserbehälter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Verbrennungsmotor und Kompressor einen gemeinsamen Schmieröl kreislauf haben, der durch den Brauchwasserbehälter geführt wird und in diesen als Wärmetauscher mit größerer Oberfläche ausgebildet ist.
7. 7. System nach Anspruch 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Schmierölwärmetauscher über der Mitte des Brauchwasserbehälters angeordnet ist und durch die Brauchwasserwärme in etwa auf Betriebstemperatur gehalten wird.
8. 8. System nach Anspruch 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n.I daß zur Heizwassererwärmung die Abgase des Verbrennungsmotors in einem Rohr durch einen Rohrmantel geführt werden, in dem sich im Gegenstrom zum Abgas das Heizwasser bewegt.
9. 9, System nach Anspruch 1 bis 3 und 8 d a d u r c h gek e n n -z e i c h n e t , daß der Abgas-Heizwasser-Wärmetauscher durch den Brauchwasserbehälter geführt wird und daß ein Wärmeaustausch mit dem Heizwasser in zwei Richtungen, bezogen auf die Schnittfläche des Wärmetauschers, erfolgt.
10. 10. System nach Anspruch 8 und 9 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n.

    daß die Umlenkungen um 180 ° der Abgasrohre und der Heizwasserleitungen außerhalb des Brauchwasserbehälters erfolgen.
11. 11. System nach Anspruch 8 bis 10 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß sich das Abgas-Heizwasser-Wärmetauschsystem auf der Mittellinie oder unterhalb der Mittellinie des Brauchwasserbehälters befindet.
12. 12. System nach Anspruch 8 bis 11 d a d u r c h gek e n n z ei c h -n e t , daß das Heizwasser nach Verlassen des Abgas-Heizwasserwärmetauschers durch einen Heizwasser-Brauchwasserwärmetauscher zur Nacherwärmung oder zur Abgabe von Oberschußwärme geführt wird, der sich oberhalb der Mittellinie innerhalb des Brauchwasserbehälters befindet.
13. 13. System nach Anspruch 1 bis 12 d a d u r c h gek e n n z ei c h -n e t , daß das Abgas durch einen weiteren Wärmetauscher geführt wird, der außerhalb des Brauchwasserbehälters angebracht ist, in dem dem Abgas die Restwärme weiter entzogen und zur Vorwärmung des Brauchwassers, bevor dieses in den Brauchwasserbehälter eintritt, herangezogen wird.
14. 14. Systen nach Anspruch 1 bis 13 d a d u r c h gek e n n z e i c h -n e t , daß sich der Brauchwasser-Abgaswärmetauscher unterhalb der Haube befindet.
15. 15. System nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h. n e t daß sich der Verdampfer der Wärmepumpe im oberen Bereich der Haube über den Aggregaten Verbrennungsmotor, Kompressor, Elektomotor befindet.
16. 16. System nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t daß ein kombinierter Elektromotor/Generator zum heizwasser- bzw.

    brauchwassertemperaturabhängig gesteuerten Anlassen des Verbrennungsmotors eingesetzt wird.
17. 17. System nach Anspruch 1 bis 16 d a d u r c 9 e k e n n z e i c h -n e t , daß der Elektromotor bei Ausfall des Verbrennungsmotors zum Antrieb des Kompressors der Wärmepumpe eingesetzt wird.
18. 18. System nach Anspruch 1, 16, 17 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Elektromotor zur Notstromversorgung durch den Verbrennungsmotor angetrieben und als Generator eingesetzt wird.
19. 19. System nach Anspruch 1, 16 bis 18 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die nicht von systemexternen Verbrauchern abgenommene elektrische Energie über einen im Brauchwasserbehälter angebrachten Widerstandserhitzer in Wärme umgewandelt wird.
20. 20. System nach Anspruch 16 bis 19 d a d u r c h gek e n n z ei c h -n e t , daß Verbrennungsmotor, Kompressor und Elektromotor/Generator je eine eigene Kupplung haben, die unabhängig von den anderen Kupplungen schaltbar ist.
21. 21. System nach Anspruch 16 bis 20 d a d u r c h 9 e k e n n z e i c h n., daß die Verbindung zwischen den Aggregaten durch ein Zahnradriemeh oder hydraulisches Getriebe erfolgt und dabei unterschiedliche Drehzahlen der einzelnen Aggregate vorhanden sein können.
22. 22. System nach Anspruch 16 bis 21 d a d u r c h gek e n n z e i c h daß zur Gleichlauferhöhung des Generators eine Schwungmasse vorgesehenwird, die auch mit den Getriebeelementen integriert sein kann.
23. 23. System nach Anspruch 1 bis 22 d a d u r c h gek e n n z ei c h -n e t , daß der Elektromotor/Generator so angeordnet ist, daß er von der angesaugten Kühlluft des Verbrennungsmotors umstrichen wird und dadurch gekühlt wird.
24. 24 System nach Anspruch 1 bis 23 d a d u r c h gek e n n-z ei c h -n e t , daß zur Kühlung des Elektromotors/Generators ein Gebläse eingesetzt wird.
25. 25. Anlage zur Durchführung des Systems nach Anspruch bis 24 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Brauchwasserbehälter in einem rechteckigen Gestell mit den max. Außenabmessungen 850 x 850 x 1700 mm angebracht ist.
26. 26. Anlage zur Durchführung des Systems nach Anspruch 1 bis 25 d a -d u r-c h g e k-e n n z e i c h n e t , daß die Aggregate in einem rechteckigen Gestell mit den max. Außenabmessungen 850 x 850 x 1700 mm angebracht sind.
27. 27. Anlage nach Anspruch 1 bis 26 d a d u r c h gek e n n z ei c h -n e t , daß die mit den Aggregaten bzw. Behältern montierten Gestelle getrennt transportiert werden können.
28. 28. Anlage nach Anspruch 1 bis 27 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Gestelle am Installationsort so übereinander aufgebaut werden können, daß das Gestell mit dem Brauchwasserbehälter unten und das mit den Aggregaten sich oben befindet, und beide zusammen den Befestigungsunterbau für die isolierten Außenelemente der Haube bilden.
29. 29. Anlage nach Anspruch 1 bis 28 d a d u r c h g e k e n n z e i c -h -n e t , daß die Haube durch 7 gleichdimensionierte Elemente mit den max. Außenmaßen 850 x 1700 x variabel gebildet wird.
30. 30. Anlage nach Anspruch l bis 29 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß sämtliche Anschlüsse zur Ver- und Entsorgung des Systems nur an einer Seite, und zwar von unten durch die Luftkanäle, die durch Haube und Brauchwasserbehälter stirnseitig entstehen, geführt werden.