DE3516975A1 - Gasbefeuerte waermepumpe zur raumheizung und -kuehlung - Google Patents

Gasbefeuerte waermepumpe zur raumheizung und -kuehlung

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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/02—Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing
    • F24F1/03—Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing characterised by mounting arrangements
    • F24F1/031—Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing characterised by mounting arrangements penetrating a wall or window
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type

Description

Gasbefeuerte Wärmepumpe zur Raumheizung und -kühlung
Die Erfindung bezieht sich auf eine gasbefeuerte Wärmepumpe zur Raumheizung und -kühlung.
Durch die DE-OS 32 27 643 ist ein Hausenergiesystem bekannt geworden, das unter Verwendung von Stirlingmotoren das in einem Arbeitszylinder eingeschlossene Arbeitsgas durch einen periodisch zwischen den Totlagen bewegten Verdrängerkolben in wechselnder Richtung durch einen thermischen Regenerator schiebt, wobei es sich am warmen Zylinderende durch Wärmezufuhr auf eine hoiie Temperatur erhitzt und am anderen Ende auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird. Hierbei wird durch zwei Rückschlagventile das sogenannte kalte Ende des Arbeitszylinders mit zwei Druckbehältern verbunden, in denen stationär der maximale und minimale Systemdruck bei konstantem Mengenfluß des Arbeitsgases zwischen den Druckreservoirs aufrecht erhalten wird. Das Arbeitsgas in diesen Druckbehältern wird nun dazu verwendet, entweder mechanische Entspannungsarbeit zu leisten, oder auch einen regenerativen Kälteprozeß zu betreiben, der sowohl als Wärmepumpe als auch als Klimanlage arbeiten
25 kann.
Es handelt sich bei dieser Anlage um ein System, bei dem primäre Heizenergie in Druckenergie umgewandelt wird und diese Energie zur Stromerzeugung und als Antrieb für Wärmepumpen und Kühlgeräte genutzt wird. Für die Verwendung als Klimagerät zur Raumheizung und -kühlung ist dieses System viel zu aufwendig und platzcaubend.
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MBB
Patentabteilung
12.03.1986, 0796A
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmegerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das zur Einzelbestückung von Räumen geeignet ist, mit geringstmöglichem Verbrauch von Primärenergie heizt und einen Kühlbetrieb ohne zusätzlichen Geräteaufwand erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen niedergelegt und in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungsbeispiele erläutert, die in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des eingebauten Klimagerätes in der Betriebsstellung "Kühlen" mit Wärmepumpe unter Frischluftzufuhr,
Fig 2 ein Schaltschema des Energieflusses bei Raumkühlung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des eingebauten Klimagerätes in der Betriebsstellung "Heizen"
mit Wärmepumpe unter Frischluftzufuhr,
25
Fig. 4 ein Schaltschema des Energieflusses bei Raumheizung gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Darstellung des eingebauten Klimagerätes in der Betriebsstellung "Heizen" ohne Wärmepumpe und ohne Frischluftzufuhr.
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MBB
Patentabteilung
12.03.1986, 0796Ά
Sogenannte Stirlingeinheiten sind an sich bekannt.
Hierbei setzt sich eine solche Einheit aus einem Freikolben-Stirlingmotor und einer damit gekoppelten Freikolben-Stirlingwärmepumpe zusammen, die sich in einem geschlossenen und völlig abgedichteten Gehäuse befinden. Motor und Wärmepumpe sind über einen Kraft- bzw. Arbeitskolben miteinander gekoppelt, der auf den jeweiligen Verdränger von Motor und Wärmepumpe wirkt. Bei einer Erhitzung von beispielsweise 700° C auf der einen Seite der Einheit und Kühlung auf etwa 60° C in der Mitte geraten die beiden Verdränger und der Arbeitskolben in Schwingung mit jeweils 90° Phasenverschiebung, wodurch sich das andere Ende der Einheit abkühlt und zwar im vorliegenden Beispiel auf etwa + 5°C.
15
In Fig. 1 bis 5 ist schematisch die Konfiguration des aus Stirling-Freikolbenmotormotor 10 und Stirling-Freikolben-Wärmepumpe 10a bestehenden Klimagerätes zur Heizung und Kühlung einzelner Räume über Luftaustausch dargestellt, das an die Stelle der bisherigen "Fensterboxen" tritt, die zur Raumkühlung elektrische Energie erfordern, bei Raumheizung aber zusätzlichen Heizstrom benötigen. Das hier vorgeschlagene Klimagerät benötigt jedoch zum Heizen keine zusätzliche Primärenergie mehr und wird durch Umschaltung von Klappen 14, 15 von Heizung auf Kühlung und umgekehrt gesteuert. So erzeugt z.B. 1 kW mech aus dem Stirlingmotor eine Heizleistung von 6 kW mit einer Heizzahl von 1,5 bzw. eine Kühlleistung von 2 kW mit einer auf den Brennstoff bezogenen Leistungszahl von 0,5.
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MBB
Patentabteilung
12.03.1986, 0796A
In den Fig. 1 und 2 ist der Betriebszustand "Kühlen mit Wärmepumpe" gezeigt. Die vom Ventilator 11 geförderte Abluft 16 aus dem Raum wird zur Kühlung des Stirling-Freikolbenmotors 10 und zur Abfuhr der hochgepumpten Frischluftwärme benutzt. Eine dementsprechende Menge gekühlter Frischluft 17 strömt dem Innenraum zu. Durch die für diesen Betriebszustand eingenommenen Stellungen der Klappen 14 und 15 wird zusammen mit der Kanalführung erreicht, daß Abluft 16 und Frischluft 17 nicht miteinander vermischt werden. Die vom Gasbrenner 12 verursachten Verbrennungsgase ziehen über einen gesonderten Abzugsschacht 13 ab. Der für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff wird der unerwärmten Abluft entnommen.
15
In den Fig. 3 und 4 der Zeichnung ist schematisch der Betriebszustand "Heizen mit Wärmepumpe" dargestellt. Diesmal fördert der Ventilator 11 Frischluft 17 in den Raum. Diese Frischluft 17 wird zweimal erwärmt und zwar einmal durch Aufnahme der aus der Abluft 16 hochgepumpten Wärme sowie der Verlustwärme des Stirling-Freikolbenmotors 10, die über Wärmeleitbleche oder -rippen in den Luftführungskanal 19 eingeführt wird und zum zweitenmal durch rekuperativen Wärmetausch aus der Verbren-
2^ nungsluft am Wärmetauscher 20. Die Verbrennungsluft entweicht anschließend durch den Abzugsschacht 13 ins Freie. Im vorliegenden Fall entnimmt der Gasbrenner 12 den erforderlichen Sauerstoff unmittelbar aus der unerwärmten Frischluft 17. Die eingeblasene und erwärmte Frischluft 17 verdrängt eine entsprechende Menge Abluft 16 aus dem Raum, ohne sich mit ihr zu vermischen. Zur Vermeidung von Vereisung ist der aufnehmende Wärmetauscher der Stirling-Freikolben-Wärmepumpe 10a so ausgelegt, daß die Abluft 16 selbst bei Dauerbetrieb nicht unter +30C abkühlt.
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MBB
20 25 30
Patentabteilung
12.03.1986, 0796A
in Fig. 5 ist nun der Betriebszustand "Heizen ohne Wärmepumpe" gezeigt. Hier saugt der Ventilator 11 die Abluft 16 aus dem Rauminneren an. Die Ventile 14 und 15 befinden sich in der zur Frischluftzufuhr geschlossenen Stellung. Die angesaugte Abluft 16 wird durch die Verlustwärme des Stirling-Freikolbenmotors 10 und durch rekuperativen Wärmetausch aus der Verbrennungsluft am Wärmetauscher 20 erwärmt und strömt in den Raum zurück. Dagegen gelangt Umgebungsluft nur sehr beschränkt an die Stirling-Freikolben-Wärmepumpe 10a, die dadurch vereisen kann. Dadurch geht der Stirling-Freikolbenmotor 10 in den Leerlauf über. Die abgekühlten Verbrennungsgase entweichen wieder über den gesonderten Abzugsschacht 13. Die hier beschriebene Betriebsart eig-
1-5 net sich besonders zum raschen Vorheizen unterkühlter Räume.
35

Claims (1)

  1. Patentabteilung
    Gasbefeuerte Wärmepumpe zur Raumheizung und -kühlung
    Patentansprüche
    1. Gasbefeuerte Wärmepumpe zur Raumheizung und -kühlung, dadurch gekennzeichnet , daß aus einem gasbefeuerten Stirling-Freikolbenmotor (10) und einer Stirling-Freikolben-Wärmepumpe (10a) ein Klimagerät gebildet wird, das zur Heizung oder Kühlung eines Raumes Wärme zwischen Abluft und Frischluft austauscht bzw. ohne Luftwechsel heizt und hierbei die Abluft sowie Frischluft so geführt sind, daß sie sich nicht vermischen, wobei die Wahl der Betriebsart (Heizung oder Kühlung) durch manuelle Klappeneinstellung erfolgt.
    2. Gasbefeuerte Wärmepumpe nach Anspruch 1, da-
    durch gekennzeichnet , daß für die Verbrennungsgase zur Beheizung des Stirling-Freikolbenmotors (10) ein eigener Abzugsschacht (13) im Klimagerät angeordnet ist.
    3. Gasbefeuerte Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verlustwärme des Stirling-Freikolbenmotors (10) und die hochgepumpte Wärme über Wärmeleitbleche oder -rippen in einen gesonderten Luftführungskanal (19) eingeführt wird.
    MBB
    Patentabteilung
    12.03.1986, 0796A
    35Ί6975
    4. Gasbefeuerte Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der aufnehmende Wärmetauscher der Stirling-Freikolben-Wärmepumpe (10a) so ausgelegt ist, daß auch bei
    Dauerbetrieb keine Luftkühlung unter +30C einritt.
    10 15 20 25 30 35
DE19853516975 1985-05-10 1985-05-10 Gasbefeuerte waermepumpe zur raumheizung und -kuehlung Granted DE3516975A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3227643A1 (de) * 1982-07-23 1984-01-26 Franz X. Prof. Dr.-Ing. 8000 München Eder Hausenergiesystem

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