DE3318104A1

DE3318104A1 - Heiz- bzw. kuehlanlage

Info

Publication number: DE3318104A1
Application number: DE19833318104
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz 2055 Aumühle Bornholdt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1983-05-18
Publication date: 1984-11-22

Description

HEIZ- BZW. KUEHLANLAGE

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heiz- bzw. Kühlanlage, versehen mit einem in einem Kreislauf für ein Wärme- bzw. Kühlmittel geschalteten Kondensator mit Wärmeabgabevorrichtung, einem Einspritzventil, einem Verdampfer mit Wärmeaufnahmevorrichtung und ggf. einer Kältespeichervorrichtung und einem Verdichter mit Antriebsvorrichtung.

Bei derartigen, heutzutage allgemein für Kühl-, bzw. Heizungszwecke verwendeten Anlagen wird normalerweise ein elektrisch getriebener Motor zum Antreiben des Verdichters verwendet. Sowohl bei mobilen Anlagen als auch in abgelegenen Gebieten kann die Elektrizitätsversorgung Schwierigkeiten bereiten

Aufgabe der Erfindung ist, eine Heiz- bzw. Kühlanlage der anfangs beschriebenen Gattung zu bieten, die weitgehend unabhängig von der öffentlichen Elektrizitätsversorgung ist und keinen kostspieligen Energiebedarf mit sich bringt und z.B mit Abwärme von Verbrennungsmotoren getrieben werden kann.

Es sind zwar Heiz- bzw. Kühlanlagen bekannt geworden, die direkt von einem Verbrennungsmotor getrieben werden; 5 die damit verbundenen Kosten für Energiebedarf sind aber nicht zu vernachlässigen.

Die erfindungsgemässe Anlage erfüllt diese Aufgabe auf die im Hauptanspruch beschriebene Weise. Bevorzugte Ausfuhrungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 15 beschrieben.

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. Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine Kombination einer Antriebsvorrichtung, einer Flüssigkeitspumpe und eines Gasverdichters, die zur Verwendung in der erfindungsgemässen Anlage geeignet ist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die drei als Rotationsvorrichtungen oder Kolbenvorrichtungen ausgeführten Teile in einem gemeinsamen, geschlossenen Gehäuse angeordnet sind. Bei derartiger Ausführung einer solchen Kombination sind keine Stopfbüchsen nach aussen notwendig. Bevorzugt sind die drei Teile auf einer gemeinsamen, nicht aus dem Gehäuse ragenden Welle oder Kolbenstange gelagert.

Damit auch im Innern keine Stopfbüchsen notwendig sind, ist vorzugsweise die Kombination mif Rotationsvorrichtungen derart gestaltet, dass die Hochdruckseite des Verdichters mit der Niederdruckseite der Antriebsvorvorrichtung und die Hochdruckseite dieser Antriebsvorrichtung mit der Druckseite der Pumpe zuammenliegt. 20

Weitere bevorzugte Ausführutigsformen dieser Kombination sind in den Ansprüchen 16 bis 23 beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt

Figur 1 eine das Prinzip wiedergebende schematische Heiz- bzw. Kühlanlage nach der Erfindung; Figur 2 eine verbesserte Ausführungsform der Anlage nach Figur 1;

Figur 3 eine Anlage nach Figur 2, die jedoch mit jedem beliebigen Brennstoff gefeuert werden kann, und Figur 4 eine Anlage entsprechend Figur 2, die jedoch mit Kolbenvorrichtungen ausgestattet ist.

Geraäss Figur 1 umfasst die erfindungsgeraässe Anlage zwei Kreislaufsysteme: das eine für das Wärme- bzw. Kühlmittel und das andere für das Treibmittel.

In den ersten Kreislauf ist ein Flüssigkeitssammelgefass 1 für flüssiges Kühlmittel aufgenommen. Von dort fliesst das Kühlmittel durch geeignete Leitungen des Kreislaufs über ein Einspritzventil 2 zum Verdampfer Dieser Verdampfer 3 kann mit sog. eutektischen Platten kombiniert sein, damit Kälte gespeichert werden kann. In diesen Verdampfer wird Wärme für die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels aufgenommen.

Die im Verdampfer 3 entstandenen Kühlmittelgase werden mittels eines Verdichters 4 verdichtet und über einen Wärmeaustauscher 10 einem Kondensator 5 zugeleitet, wo sie, unter Wärmeabgabe, wieder kondensieren. Das entstandene flüssige Kühlmittel fliesst wieder zum Flüssigkeitssammelgefäss 1.
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In den zweiten Kreislauf ist ebenfalls ein Flüssigkeitssammelgefäss 6 für flüssiges Treibmittel aufgenommen. Wenn keine Stopfbuchsen verwendet werden, muss als Treibmittel derselbe Stoff als für das Kühlmittel ver-25' wendet werden. Das Treibmittel wird aus diesem Sammelgefass. 6 von einer Pumpe 7 angesaugt und über ein.Rückschlagventil 8 durch zwei hxntereinandergeschaltete Wärmeaustauscher 9 bzw. 10 gepumpt, wo Wärme aufgenommen wird.

Bei Verwendung der Anlage in der Nähe eines Verbrennungsmotors, z.B. in einem Lastkraftwagen oder in einem Autobus, wird das bereits gewissermasse'n aufgewärmte Treibmittel einem weiteren Wärmeaustauscher 11 zugeleitet, in dem es in Wärmewechsel mit dem Kühlwasser des Motors 16 gebracht wird. Dieser Wärmeaustauscher wird

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somit in das Kühlsystem 17 aufgenommen, und zwar vor dem normalen Kühler 18.

Das also aufgewärmte Treibmittel strömt dann zum Verdampfer-Wärmeaustauscher 12, wo das noch flüssige ■ Treibmittel durch Wärmeaustausch mit den Auspuffgasen des Motors 16 verdampft wird. Im nachgeschalteten Ueberhitzer-Wärmeaustauscher 13 werden die so erzeugten Treibmittelgase durch die eintretenden Auspuffgase überhitzt. Die überhitzten Treibmittelgase werden sodann einer Antriebsvorrichtung 14, wie einer Turbine oder einem Schraubenmotor, zugeleitet, wo sie ihren Wärmeinhalt als. Arbeit abgeben.

Die aus der Antriebsvorrichtung 14 kommenden Gase fliessen dann über den Wärmeaustauscher 9, wo sie in Wärmewechsel mit dem von der Pumpe 7 kommenden Treib- " mittel geführt werden, einem Kondensator 15 zu, wo sie unter Wärmeabgabe kondensiert werden. ' Das verflüssigte Treibmittel wird im Sammelgefäss 6 gesammelt.

Die von dem Verbrennungsmotor 16 herrührenden Auspuffgase werden durch ein geeignetes Auspuffsystem 19 bei ins Freie abgeleitet. Das Auspuffsystem führt zuerst die heissen Auspuffgase durch den Ueberhitzer-Wärmeaustauscher 13 und sodann durch den Verdampfer-Wärmeaustauscher 12.

Damit sich auch bei längerem Stillstand des Fahrzeuges eine Inbetriebsetzung des Motors 16 nur für die Temperaturregelung erübrigt, ist vorzugsweise ein z.B. mit OeI feuerbarer Brenner 22 angeordnet, dessen Abgase über eine Leitung 23 in das Auspuffsystem 19 des Motors geleitet werden. Diese Abgase werden durch ein zwischen

der Mündung der Leitung 2 3 und dem Motor 16 angeordnetes Rückschlagventil 2 0 verhindert, diesen Motor zu erreichen.

Die in Figur 2 schematisch dargestellte Anlage unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 1 dadurch, dass die beiden Kreisläufe für Kühl- bzw. Treibmittel zum Teil zusammenlaufen. Aus dem gemeinsamen Sammelgefäss 1 wird sowohl das Kühlmittel für den Verdampfer 3 als auch das dem Kühlmittel gleiche Treibmittel für die Antriebsvorrichtung 14 entzogen. Der als Treibmittel verwendete Kühlmittelstrom wird in diesem Falle aus dem Sammelgefäss der Pumpe 7 zugeleitet. Das Treibmittel und das Kühlmittel werden nach Durchfliessen des Wärmeaustauschers 9 bzw. 10 je durch gesonderte Rückschlagventile 26 bzw. 27 geleitet, sodann wieder zusammengebracht und im gemeinsamen Kondensator 5 verflüssigt.

In Figur 3 ist schematisch dargestellt, wie die Anlage nach Figur 2 auch von einer anderen Energiequelle als einem Verbrennungsmotor versorgt wird. Das von der Pumpe 7 geförderte flüssige Treibmittel wird in einem Verdampfer-Wärmeaustauscher 28 direkt durch Verbrennung irgendwelches Brennstoffs aufgeheizt und verdampft. Ein in einem den Verdampfer-Wärmeaustauscher 28 umgebenden Gehäuse 29 angeordneter Oelbrenner 30 ist z.B. dazu verwendbar. Die durch eine Abgasleitung 31 aus dem Gehäuse 29 abgeführten Abgase werden in einem Ueberhitzer-Wärmeaustauscher 32 mit dem verdampften Treibmittel in Wärmewechsel gebracht, zur Ueberhitzung derselben.

Bei Verwendung dieser Anlage als Kühlanlage wird die in dem Verdampfer 3 aufgenommene Wärme dem zu kühlenden Raum entzogen und die im Kondensator freigesetzte Wärme durch Luft- oder Wasserkühlung abgeleitet. Bei

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Verwendung als Heizanlage kann mit dem Verdampfer 3 Wärme z.B. aus dem Erdreich entzogen und mit dem Kondensator 5 mittelbar oder unmittelbar dem zu heizenden Raum abgegeben werden.
. · In den Figuren 1-3 sind die Antriebsvorrichtung 14, die Pumpe 7 und der Verdichter 4 zu einem Aggregat kombiniert. Alle drei Teile sind als Rotationsvorrichtungen ausgeführt und in einem gemeinsamen Gehäuse 25 angeordnet. Bevorzugt sind die drei Rotationsvorrichtungen auf einer gemeinsamen, nicht aus diesem Gehäuse 25 ragenden Welle 24 gelagert., wodurch Stopfbuchsen nach aussen sich erübrigen. Damit auch im Innern dieses Aggregats keine Stopfbüchsen notwendig sind, liegt v.orzugsweise, wie auch in diesen Figuren dargestellt, die Hochdruckseite des Verdichters 4 mit der Niede.rdruckseite der Antriebsvorrichtung 14 und die Hochdruckseite dieser Antriebsvorrichtung 14 mit· der Druckseite der Pumpe 7 zusammen.

In der Figur 4 sind die Antriebsvorrichtung 33, der Ver-. dichter 34 und die Pumpe 35 in einem Aggregat als Kolbenmaschinen in einem gemeinsamen Gehäuse 36 angeordnet. Die Kolben für Antriebsmaschine, Verdichter und Pumpe sind auf einer gemeinsamen Kolbenstange 37 befestigt. Durch diese Anordnung werden keine nach aussen abdichtenden Stopfbüchsen benötigt.

Es wird einleuchten, dass auf entsprechende Weise statt der dargestellten verschiebbaren Kolbenvorrichtungen auch mit einer Kurbelwelle arbeitende Kolbenvorrichtungen verwendbar sind.

Claims

ANSPRUECHE

IJ Heiz- bzw. Kühlanlage, versehen mit einem in einem Kreislauf für ein Wärme- bzw. Kühlmittel geschalteten Kondensator (5) mit Wärmeabgabevorrichtung., einem Einspritzventil (2), einem Verdampfer (3) mit Wärmeaufnahmevorrichtung und ggf. einer Kältespeichervorrichtung und einem Verdichter (4 bzw.34) mit Antriebsvorrichtung (14 bzw.33), dadurch gekennzeichnet, dass' ein zweiter Kreislauf für ein Wärme- bzw Kühlmittel vorgesehen ist, in dem hintereinander eine Pumpe (7 bzw.35), wenigstens ein Wärmeaustauscher (9,10), eine Aufheizvorrichtung (11,12,13) zur Verdampfung des Wärme- bzw. Kühlmittels und Ueberhitzung der entstandenen Gase, eine mit dem Verdichter (4 bzw.34) und der Pumpe (7 bzw.35) wirksam verbundene Antriebsvorrichtung (14 bzw.33) und ein Kondensator (15 bzw.5) geschaltet sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Pumpe (7 bzw.35) nachgeschaltete Wärmeaustauscher (9,10) mit getrennten Leitungen versehen ist, durch die die von der Antriebsvorrichtung (14 bzw.33) bzw. vom Verdichter (4 bzw.34) herrührenden Gase nacheinander in Wärmewechsel mit der durch die Pumpe (7

FlüssiaVe»it qeführt werden.
3. ' Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kreisläufe einen gemeinsamen Kondensator (5) haben und durch geeignete Rückschlagventile (8,26,27) weiter voneinander getrennt sind.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden von dem Wärmeaustauscher (9,10) zum Kondensator (5) führenden Leitungen vor Zusammentreffen derselben gesonderte Rückschlagventile (26,27) angeordnet sind.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4 zur Verwendung in der Nähe eines Verbrennungsmotors (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizvorrichtung einen im Kühlsystem (17,18) des Motors (16) geschalteten Wärmeaustauscher (11) und wenigstens einen im Auspuffsystem (19,21) dieses Motors geschalteten Wärmeaustauscher (12,13) aufweist.
6. Anläge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wärmeaustauscher im Auspuffsystem zudem die Abgasleitung eines Brenners (22) aufgenommen ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass.der Brenner (22) und der Verbrennungsmotor (16) ein zum Teil gemeinsames Auspuffsystem haben.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (14), die Flüssigkeitspumpe (7) und der Gasverdichter (4) alle drei als Rotationsvorrichtungen ausgeführt und in einem gemeinsamen, geschlossenen Gehäuse (25) angeordnet sind.

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9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Rotationsvorrichtungen auf einer gemeinsamen, nicht aus dem. Gehäuse (25) ragenden Welle (24) gelagert sind. *
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge-, kennzeichnet, dass die Hochdruckseite des Verdichters (4) mit der Niederdruckseite der Antriebsvorrichtung (14) und die Hochdruckseite dieser Antriebsvorrichtung

(14) mit der Druckseite der Pumpe'(7) zusammenliegt.
11. Anlage nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Kreiselpumpe, eine Turbine und einen Turboverdichter umfasst.

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12 Anlage nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schraubenpumpe, einen Schraubenmotor und einen Schraubenverdichter umfasst.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (33), die Flüssigkeitspumpe (35) und der Gasverdichter (34) alle drei als Kolbenmaschinen ausgeführt und in einem gemeinsamen, geschlossenen Gehäuse (36) angeordnet sind.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Kolbenmaschinen (33,34,35) auf einer gemeinsamen, nicht aus dem Gehäuse ragenden Kolbenstange (37) befestigt sind.

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15. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Kolbenmaschinen durch eine gemeinsame, nicht aus dem Gehäuse ragende Kurbelwelle verbunden sind.

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16. Kombination einer Antriebsvorrichtung (14), einer Flüssigkeitspumpe (7) und eines Gasverdichters (4), dadurch gekennzeichnet, dass diese drei als Rotationövorrichtungen ausgeführten Teile in einem gemeinsamen geschlossenen Gehäuse (25) angeordnet sind.
17. Kombination nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Rotationsvorrichtungen auf einer gemeinsamen,■nicht aus dem Gehäuse (25) ragenden Welle (24) gelagert sind.
18. Kombination nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckseite des Verdichters

. (4) mit der Niederdruckseite der Antriebsvorrichtung (14) und die Hochdruckseite dieser Antriebsvorrichtung (14) mit der Druckseite der Pumpe (7) zusammenliegt." '
19. Kombination nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Kreiselpumpe, eine Turbine und einen Turboverdichter umfasst.
20. Kombination nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schraubenpumpe, einen Schraubenmotor und einen Schraubenverdichter umfasst.
21. Kombination einer Antriebsvorrichtung (33), einer Flüssigkeitspumpe (35) und eines Gasverdichters (34), dadurch gekennzeichnet, dass diese drei als Kolbenmaschinen ausgeführt und einem gemeinsamen, geschlossenen Gehäuse (36) angeordnet sind. ■
22. Kombination nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Kolbenmaschinen (33,34,35) auf einer gemeinsamen, nicht aus dem Gehäuse (36) ragenden Kolbenstange (37) befestigt sind.
23. Kombination nach Anspruch.21, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Kolbenmaschinen durch eine gemeinsame, nicht aus dem Gehäuse ragende Kurbelwelle verbunden sind. '