DE3843913A1 - Waermevermehrer - Google Patents

Description

Geräte zur Raumluftkühlung, die mit Gas betrieben werden, sind bekannt. Sie arbeiten nach dem Absorberprinzip und haben einen niedrigen Gütegrad. Es sind auch Gasheizkessel bekannt, in denen der Abgasstrom von der Raumluft oder einem flüssigen Wärmeträ­ ger bis unter die Taupunkttemperatur abgekühlt wird, wodurch die Wärmeausbeute um die Kondensationsenthalpie vergrößert wird. Der Wärmezuwachs beträgt gegen 10%.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die theoretisch eine Verdoppelung der Nutzwärme von Verbrennungsgeräten pro Brenn­ stoffeinheit ermöglicht. Dazu bedient sich die Erfindung einer Wärmepumpe, deren Verdampfer Außenluft-Wärme aufnimmt und deren Kompressor von einer Verdränger-Dampfmaschine oder von einer Dampfturbine angetrieben wird. Dabei können beide Kreis­ läufe das gleiche Arbeitsmedium, z. B. Freon 22 verwenden. Die Verbren­ nungswärme wird einem ersten Wasserkreislauf aufgeprägt. Dieser steht mit einem Überhitzer und danach mit einem Dampfkessel im Wärmetausch. Vorteilhafterweise werden Heißwassertanks als Wärmespeicher in den Wasserkreislauf eingeschaltet, die dazu dienen, Unterschiede zwischen dem Wärmeangebot durch Verbrennung und dem aktuellen Wärmebedarf der Dampfkraftmaschine auszuglei­ chen. Dabei hat vorzugsweise ein erster Wärmespeicher eine hö­ here Temperatur, da er Wärme an einen Überhitzer abzugeben hat, während der danach durchströmte eine niedrigere Temperatur aufweist, ausreichend zur Verdampfung des flüssigen Arbeitsme­ diums. Dem zweiten Wärmespeicher kann ein dritter, als Brauch­ wassertank ausgebildeter Wärmespeicher nachgeschaltet werden.

Gegebenenfalls kann auch die Wärme dieses Brauchwasservorrates noch zur vorübergehenden Erhöhung der Heizleistung, z. B. bei Zuschaltung eines noch kalten Raumes, eingesetzt werden. Schließlich soll auch die Kondensationswärme des durch die Verbrennung entstehenden Wassers zusammen mit der Abgaswärme für die Raumlufterwärmung herangezogen werden.

Im Dampfkreislauf ist eine Pumpe eingeschaltet, die das Kondensat des entspannten Dampfes der Dampfkraftmaschine wieder auf den Arbeitsdruck bringt und in den Dampfkessel zurückpumpt. Da der Dampfdruck des auf Raumtemperatur abgekühlten Kondensates zu hoch ist, um eine Ausdampfung beim Ansaugvorgang in der Pumpe zu verhindern, ist eine Abkühlung über einen Wärmetauscher vorge­ sehen, der im Verdampferkreislauf der Wärmepumpe eingeschaltet ist. Die entzogene Wärmemenge wird dem Kondensat, nachdem es durch die Pumpe auf Siededruck gebracht wurde, durch den zweiten Wärmetauscher wieder aufgeprägt, der seine Wärme aus dem Ver­ flüssigerkreislauf der Wärmepumpe bezieht.

Der Raumluft wird also in bis zu vier Stufen Wärme aufgeprägt. An die Stelle von Luft kann auch ein Wasserkreislauf treten, der ein Zentralheizungssystem versorgt.

Wird einem solchen Wasserkreislauf Wärme entzogen, z. B. durch einen Kühlturm, so kann die Vorrichtung auch zur Raumkühlung eingesetzt werden, wenn ein zweiter Verdampfer innerhalb des Hauses angeordnet wird und diesem das Kondensat des Wärmepumpen- Kreislaufes über ein Drei-Wege-Ventil zugeleitet wird.

Es ist bekannt, daß Öl im Kältekreislauf zu thermodynamischen Verlusten durch Mischungsentropie führt, was selbstverständ­ lich auch für den Kreislauf der Dampfkraftmaschine gilt. Außer­ dem vergrößert ein Ölfilm in den Wärmetauschern den Tempera­ tursprung, verschlechtert damit ebenfalls den thermodynamischen Prozeß. Es ist deshalb vorgesehen, die Verdrängermaschine oder Turbine öllos in später beschriebener Weise zu betreiben.

Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen Wärmever­ mehrers.

Fig. 2 zeigt stilisiert im Längsschnitt eine Symmetriehälfte eines Expander-Kompressors mit elektronisch gesteuertem Dampfven­ til.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei der anstelle von Wasser als Arbeitsmittel für die Expansions-Kraftmaschine das gleiche Ar­ beitsmittel wie im Kompressorkreislauf Verwendung findet.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Symmetriehälfte eines Expander-Kompressors nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine Kondensatpumpe, die durch die Entspannungsar­ beit des Wärmepumpenkreislaufes angetrieben wird.

Fig. 6 zeigt eine Symmetriehälfte eines Expander-Kompressors, der mit einer Kondensatpumpe eine Einheit bildet.

Fig. 1 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen Wärmever­ mehrers. Der Gasbrenner 1 bewirkt die Verdampfung des Wassers im Verdampfer 2. Durch die Leitung 3 gelangt der Hochdruckdampf zum Expansions-Kraftmaschine 4 und nach der Entspannung zum Kondensa­ tor 5. Das Kondensat wird durch die Speisepumpe 6 wieder in den Verdampfer gepreßt, wobei überschüssige Wärme dem Wasserstrom durch den Wärmeübertrager (7) aufgeprägt wird, wenn die Kon­ densation des Arbeitsmittels im Kondensator 14, der zur Brauch­ wasseraufwärmung dient und im Brauchwassertank 15 angeordnet ist, erfolgt. Die Umschaltung erfolgt durch das Zwei-Wege-Ventil 13.

Die Expansions-Kraftmaschine 4 treibt den Kompressor 8 und die Speisepumpe 6 an. Der Kompressor saugt kalten Arbeitsmitteldampf aus dem Außenluft-Verdampfer 10 und preßt den komprimierten Dampf in den Kondensator 11 bzw. 14. Die Druckreduktion erfolgt im Ventil 12.

Die Abgase werden durch den Wärmeübertrager 20 geleitet, wo das durch Verbrennung entstandene Wasser kondensiert und die Konden­ sationswärme abgibt. Ein weiterer Wärmeübertrager 19, der vom Heißwasser des Brauchwassertanks 15 durchströmt wird, wenn die Pumpe (18) fördert, dient zur kurzzeitigen Wärmestromerhöhung, z. B. zum Schnellaufheizen eines kalten Raumes. Die Kondensatoren und Wärmeübertrager werden nacheinander vom Wärmeträger des Nutzwärmekreislaufes, also von Raumluft oder Heizungswasser in der Reihenfolge Wärmepumpen-Kondensator, Wasserdampf-Kondensa­ tor, Brauchwasser-Wärmeübertrager und Abgas-Wärmeübertrager durchsetzt.

Werden die Wärmeübertrager 11 und 5 von Außenluft oder Kalt­ wasser durchströmt, so läßt sich der Wärmevermehrer zur Raum­ kühlung einsetzen. Hierzu muß das Ventil 16 so geschaltet wer­ den, daß der Verdampfer 17, der im Raum angeordnet ist, durch­ setzt wird.

Fig. 2 zeigt stilisiert einen Längsschnitt durch eine Symme­ triehälfte eines Expander-Kompressors mit elektronisch gesteuer­ tem Dampfventil. Der Wasserdampfeintritt erfolgt durch die Stut­ zen 31 und 31 a des Ventilgehäuses 32. Die Ventilschieber 33 und 33 a rotieren angetrieben durch die Dreiphasen-Statoren 34, 34 a, die zusammen mit über den Umfang verteilt angeordneten Perma­ nentmagneten 35, 35 a Synchronmotoren bilden und oszillieren durch das Zusammenspiel der Spulen 36, 36 a und der axial magnetisierten Permanentmagneten 37, 37 a, wobei drei Positionen - Dampfeintritt, Kanalverschluß und Dampfaustritt - vorgesehen sind, indem beide Spulenhälften gleichsinnig, gegeneinander gepolt oder entgegen­ gepolt gleichsinnig vom Strom durchflossen werden. Über die Kanäle 31 b und 31 c ist der Dampfzylinder 38 mit dem Dampfventil verbunden. Der Kolben 39 schwingt im Rhythmus der Ventilumschal­ tung hin und her. Eingelegte Permanenmagnet-Stäbe 40 machen den Kolben 39 gleichzeitig zum Läufer, der im Drehfeld des Stators 41 rotiert. Über die Kolbenstange 42, die die Wandung 43 durch­ dringt, wird der Schub auf den Magnetkolben 44 übertragen, der Rotation und Translation auf den ringförmigen Kompressorkolben 45 durch Magnete 44 a und 45 a überträgt. Dieser saugt Arbeitsme­ dium durch die an beiden Endbereichen angeordneten Ansaugventile 46 an und schiebt dieses durch die Auslaßventile 47 aus. Sowohl der Wasserdampf-Kreislauf als auch der Arbeitsmittel-Kreislauf sind hermetisch gekapselt und durch den Dampfzylinder 38 vonein­ ander getrennt. Die Dichtung der Kolbenstange 42 erfolgt über eine berührungslose Hülse 48. Mit dem Flansch 49 werden die beiden Hälften eines Expander-Kompressors zusammengeschraubt. Der Abdampf des Expander-Kreislaufes tritt durch die Austritts­ stutzen 50, 50 a in den Dampfkondensator, während das Arbeitsme­ dium durch die Kanäle 51, 51 a in den Kondensator des Wärmepum­ pen-Kreislaufes geleitet wird. Anstelle des Dampfkolbens 39 kann auch der Kompressorkolben 45 als Läufer eines Stators dienen. Als Werkstoff für die Kolben 39 und 45 sowie für die Zylinder 38 und 52 ist bevorzugt SiC vorgesehen, jedoch hat sich auch Si₃N₄ als geeignet erwiesen. Die Länge des Dampfkolbens 39 ist größer als der Hub. Die Radialspaltweite zwischen der äußeren Ober­ fläche der Zylinderverlängerung des Zylinders 38 und der Boh­ rung des Kompressorkolbens 45 ist kleiner, als der Radialspalt zwischen dem Kompressorkolben 45 und dem Kompressorzylinder 52. Die Hubfrequenz des Kolbens 39 wird elektronisch erzeugt und durch die Hubfrequenz, die den Spulen 36, 36 a aufgeprägt wird, bestimmt. Die Frequenz ist so hoch, daß der Kompressorkolben 45 eine ausreichend hohe Maximalgeschwindigkeit erfährt, um die Füllung vollständig auszutreiben.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei der anstelle von Wasser als Arbeitsmittel für die Expansions-Kraftmaschine das gleiche Ar­ beitsmittel Verwendung findet, wie im Kompressor-Kreislauf. Im Kessel 2′ erfolgt die Verdampfung. Der unter Druck stehende Dampf gelangt in die Expansions-Kraftmaschine 4 a′ und 4b′. Nach erfolg­ ter Entspannung wird der Dampfstrom zum ersten Wärmeübertrager 11′ und von dort nach weitergehender Kondensation zum Wärme­ übertrager 11′′ geleitet, wo die Abkühlung des Kondensates er­ folgt. Der Kompressor 5′ saugt entspannten Dampf aus dem Verdamp­ fer 9′ und fördert den verdichteten Dampfstrom in den Wärme­ übertrager 7′, wo dieser kondensiert. Das unter dem Kompressions­ druck stehende Kondensat wird in einer Expansions-Kraftmaschine 8′ entspannt und als Dampf-Flüssigkeitsmischung in den Verdamp­ fer 9′ geleitet. Die Entspannungsarbeit wird auf die Kondensat­ pumpe 12′ übertragen. Diese Pumpe fördert das Kondensat des Expansions-Kraftmaschinen-Kreislaufes zurück in den Kessel 2′. Durch Umschaltung des Zwei-Wege-Ventiles 21′ kann der heiße Abdampfstrom durch den Wärmeübertrager 13′, der im unteren Bereich des Warmwassertankes 14′ angeordnet ist, geleitet werden, so daß der Wasserinhalt erwärmt wird. Wenn keine Raumwärme benötigt wird, wird auch die Wärme des Wärmepumpen-Kreislaufes durch Umschaltung des Zwei-Wege-Ventiles 18′ dem Wasserinhalt über den Desuperheater 19′ und den Verflüssiger-Wärmeübertra­ ger 20′ auf das Brauchwasser übertragen. Die Anordnung des Wär­ meübertragers 23′, der mit dem Wärmeübertrager 24′ und der Zirkulationspumpe 22′ einen Kreislauf bildet, ist unter Fig. 1 beschrieben, ebenso der Wärmeübertrager 16′ der dem Abgas die fühlbare Wärme und die Kondensationswärme des durch Verbren­ nung entstehenden Wassers entzieht. Zur Raumheizung wird Raumluft nacheinander in Richtung des Pfeiles 17′ durch die Wärmeüber­ trager 11′′, 7′, 24′, 22′ und 16′ geleitet. An die Stelle von Raumluft kann auch der Wasserstrom einer Zentralheizung treten, wobei der Nutzwärmegewinn bei Großflächenheizungen am grö­ ßten ist.

Durch Umschaltung des Zwei-Wege-Ventiles 26′ erfolgt Abkühlung des Luftstromes 17′′ durch den Verdampfer 25′, der innerhalb des Gebäudes an der Außenwand 9′′ angeordnet ist, so daß die Raum­ luft gekühlt wird. Dies setzt voraus, daß der Luftstrom 17′′ von außen zugeführt und abgeleitet wird oder bei Zentralheizungsan­ lagen, das Frischwasser oder durch einen außen angeordneten Wasserkühler abgekühltes, zirkulierendes Wasser zur Verfügung steht.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Symmetriehälfte eines Expander-Kompressors für die unter Fig. 3 beschriebene Schaltung. Durch das Rohr 55 tritt Heißdampf durch den Deckel 56 in das Druckgefäß 57 ein und gelangt durch nicht gezeigte Ver­ bindungsrohre zu der Eintrittsöffnung 58 a und durch das Ventil­ gehäuse 59 zum Ventilschieber 60. In der gezeigten Position tritt der Dampf durch die Öffnung 61 in den Zylinder 62 ein. Der Dampf schiebt den Dampfkolben 63 nach rechts. Sobald dieser ein Viertel des Kolbenhubes zurückgelegt hat, verschließt der Ven­ tilschieber 60 die Eintrittsöffnung 58 a, worauf die Expansion einsetzt. Der im Zylinderraum 64 vorhandene entspannte Dampf tritt durch die Öffnung 65 in ein Austrittsrohr 74, das eben­ falls den Deckel 56 durchsetzt. Der Ventilschieber 60 wird in die Positon 66 b verschoben, sobald der Dampfkolben 63 den rechten Totpunkt erreicht hat. Ein gleich ausgebildetes zweites Ventil, bei dem jedoch die Eintrittsöffnung rechts liegt und die Aus­ trittsöffnung links, versorgt den rechten Zylinderraum 64 mit Frischdampf und leitet den entspannten Dampf auf der linken Seite des Dampfkolbens 63 in das Austrittsrohr 74.

Über die Kolbenstange 67 ist der Kompressorkolben 68 starr mit dem Dampfkolben 63 verbunden. Die Ansaugung erfolgt über das Ansaugventil 69, welches als Tellerventil mit ringförmigem, durch Federn getragenem Ventilteller 70 für den linken Zylinder­ raum und als Blattfederventil 71 für den Raum 72 zwischen den gegenläufigen Kompressorkolben, von denen nur einer in der dar­ gestellten Symmetriehälfte sichtbar ist, ausgebildet ist. Der Zylinder 73 für die beiden Kompressorkolben 68 besteht aus einem Rohr, vorzugsweise aus Siliziumkarbid. Die doppelwirkenden Dampf­ kolben 63 sind im Durchmesser kleiner und schwingen in eingescho­ benen Zylinderrohren, die die Zylinder 62 bilden. Das komprimier­ te Gas des Zylinderraumes 75 a tritt durch Federbandsteifen 76 a, die Zylinderdurchbrüche 77 abdecken, in das Innere 78 des Druck­ gefäßes 57 und von dort durch ein Austrittsrohr aus. Das zwischen den Kolben im Zylinderraum 72 verdichtete Gas strömt durch das Federband-Ventil 80 in das Druckgefäß 57. Der Kom­ pressorkolben 68 ist mit Permanentmagnetstäben 81 versehen, die über einen dünnwandigen Eisen-Hohlzylinder 82 magnetisch rück­ geschlossen sind, und bildet dadurch den Läufer eines Synchron­ motors mit dem Stator 83 und der Wicklung 84. Die beiden mitein­ ander verbundenen Kolben 63 und 68 rotieren während des Betrie­ bes, wodurch sie mit der jeweiligen Zylinderwand ein Gaslager bilden, welches zu berührungslosem Betrieb führt.

Auch die Ventilschieber 60 der beiden Ventile weisen Magnetstäbe 87 auf und rotieren im Drehfeld der Statoren 86. Die axiale Ver­ schiebung des Ventilschiebers 60 in die drei Positionen erfolgt durch axialmagnetisierte Magnete 85, die durch zwei Spulen 88 a und 88 b, die gleichsinnig und auch gegensinnig geschaltet werden können. Dadurch wird der Ventilschieber 60 in die drei Positio­ nen 66, 66 a und 66 b geschoben. In der Position 66 tritt Frisch­ dampf in den Zylinderraum 89 und der Abdampf aus dem Zylinderraum 64 tritt aus. In der Position 66 a ist die Frischdampfzufuhr ge­ schlossen, während des weiteren Kolbenweges bleibt aber die Auslaßöffnung 65 so lange geöffnet, bis der Kolben 63 seinen rechten Totpunkt erreicht hat, dann springt der Ventilschieber in die Position 66 b, womit beide Öffnungen verschlossen sind. Nun­ mehr übernimmt das zweite Ventil die Zufuhr von Frischdampf in den Zylinderraum 64 und erlaubt den Austritt des entspannten Dampfes aus dem Zylinderraum 89.

Die Ansteuerung der Spulen 88 erfolgt elektronisch, wobei die Ventile, wovon jede Seite zwei aufweist, in der Weise gesteuert werden, daß die die nach außen weisenden Zylinderräume 89 mit Frischdampf versorgenden Ventile synchron betrieben werden, so daß beide Kolbengruppen, von denen nur eine Kolbengruppe 63 und 68 dargestellt ist, im Gegentakt arbeiten. Die zweite Gruppe von Ventilen, die die nach innen weisenden Zylinderräume 64 mit Frischdampf versorgen, arbeiten mit einer Halbperiode Phasenver­ schiebung. Die Frequenz ist so bemessen, daß der der jeweiligen Kolbengruppe vermittelte Impuls zur Verdichtung ausreicht. Die Dampfzylinder weisen Scheiben 90 a und 90 b aus organischem Mate­ rial auf, die eine Auffangwirkung ausüben, falls im Anfahrzu­ stand die Drücke noch nicht aufgebaut sind.

Fig. 5 zeigt eine Kondensatpumpe, die durch die Entspannungsar­ beit des Wärmepumpen-Kreislaufes angetrieben wird. Der Entspan­ nungskolben 100 a befindet sich in dem oberen Halbschnitt im unte­ ren Totpunkt. Durch Öffnungen 101 in der Wand des Zylinders 102 tritt Kondensat des Wärmepumpen-Kondensators durch die Leitung 103 ein und gelangt durch die Bohrungen 104 und die Kanäle 105 innerhalb des Kolbens 100 a in den Zylinderraum, wobei es teil­ weise verdampft. Nunmehr wird der Kolben 100 a gegen den Druck der Schraubenfeder 106 bis in die im unteren Halbschnitt gezeigte Position des Kolbens 100 b in der oberen Totpunktlage bewegt. In den Kolben 100 hinein ragt das Auslaßrohr 107, welches eine Blende 108 aufweist. In der oberen Totpunktlage gibt der konzen­ trisch im Kolben 100 b verschieblich gelagerte Stopfen 109 in der gestrichelt dargestellten Position 109 a einen Teilquerschnitt der Öffnung 110 im Auslaßrohr 107 frei. Während bis zum Erreichen der Öffnungen 110 der Stopfen 109 durch die Druckfeder 111 in der gestrichelt gezeichneten Position 109 a relativ zum Kolben 100 b durch den der Kraft der Feder 111 entgegenwirkenden Unter­ druck im Auslaßrohr 107 gehalten wurde, tritt nunmehr ein Ge­ misch aus Kondensat und Gas in das Auslaßrohr 107 ein und führt dort, unterstützt durch den Widerstand der Blende 108 zu einer Druckerhöhung, die ihrerseits bewirkt, daß der Stopfen 109 gegen die Kraft der Feder 111 in die ausgezogen dargestellte Position 109 zurückweicht und damit plötzlich den gesamten Querschnitt der Öffnung 110 freigibt.

Phasenverschoben zum Oszillieren des Kolbens 100 b tritt daraufhin etwa 85% des Kondensat-Gasgemisches in das Auslaßrohr 107, etwa 15% verbleibt im Zylinder. Nach dieser Entspannung treibt die Schraubenfeder 106 den Kolben 100 wieder zur unteren Totpunktlage zurück. Nach Überdeckung der Öffnungen 101 und 104 strömt erneut ein definiertes Kondensatvolumen in die Kanäle 105 ein und der Zyklus beginnt von Neuem.

Der Pumpenkolben 112 bildet mit dem Entspannungskolben 100 eine Einheit und gleitet im Zylinder 113. Dieser ist durch ein federn­ des Ringelement 114 gehalten, so daß sich der Zylinder 113 zum Pumpenkolben 112 ausrichtet. Ein Einlaßventil 115 ist mit dem Kondensator der Expansions-Kraftmaschine verbunden, das Auslaß­ ventil 116 mit dem unteren Bereich des Kessels.

Über ein Drosselventil im Wärmepumpen-Kreislauf wird die Pump­ frequenz eingestellt. Die mechanische Arbeit der Entspannung wird in Form mechanischer Arbeit dem Antriebsmaschinenkreis zuge­ führt, wodurch sich dessen Wirkungsgrad erheblich verbessert, da die Pumparbeit nicht von der Arbeit des Expandermotors aufge­ bracht werden muß, sondern vom Druckgefälle im Wärmepumpen- Kreislauf, wo üblicherweise ein Drosselventil die Entspannungs­ arbeit vernichtet.

Fig. 6 zeigt eine Symmetriehälfte eines Expander-Kompressors, der mit der Kondensatpumpe eine Einheit bildet. Der Antrieb ist einfach wirkend ausgebildet. Durch das Einlaßventil 127 tritt Arbeitsmitteldampf unter Druck in den Zylinder 121 ein und be­ schleunigt den Kolben 120. Nach Schließung des Einlaßventiles 127 erfolgt die Entspannung der Dampffüllung. Der Kolben 120 bildet mit dem Kompressorkolben 123 eine Einheit. Der Kompres­ sorkolben saugt im Zylinder 126 durch das Ansaugventil 132 ent­ spanntes Gas des Wärmepumpen-Kreislaufes an und preßt das kom­ primierte Gas durch das Auslaßventil 133. Der kurze Kolben 130 dringt kurz vor dem oberen Totpunkt in den Ringraum 131 ein und erzeugt dort hohen Druck, wodurch eine Wandberührung der Kolben­ einheit 120, 123, 130 vermieden wird. Mit der Kolbeneinheit 120, 123, 130 bildet außerdem der Plunger 129 der Kondensatpumpe eine Einheit. Die Ansaugung des Kondensates erfolgt durch das Ansaug­ ventil 136. Während der Ansaugung wölbt sich die Membran 138 vor, so daß unzulässige Beschleunigungen in der Ansaugleitung vermieden werden. Beim Arbeitshub legt sich die Membran 138 an die Wand 139 an. Ein weiterer Membrankörper 140 bewirkt, daß die ansaugseitige Flüssigkeitssäule stets mit fast gleichblei­ bender Geschwindigkeit strömt.

Der Elektromotoren-Stator 122 bildet zusammen mit dem permanent­ magnetischen Zylinder 125 einen Synchronmotor, der die Kolbenein­ heit 120, 123, 129, 130 in Umdrehung versetzt. Gleichzeitig wirkt der Stator 122 aber auch als Solenoid, der die Kolbeneinheit nach Erreichen des oberen Totpunktes wieder in die Ausgangslage zu­ rückzieht.

Claims (28)

1. Heizgerät für haustechnischen Einsatz mit einem Brenner als Wärmequelle und mit Wärmeübertragern zur Wärmeabgabe, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Komponenten besteht:

• a) einem Dampferzeuger (2) zur Verdampfung einer ersten Arbeits­ flüssigkeit,
• b) einer Expansions-Kraftmaschine (4, 4 a′)
• c) einem die erste Arbeitsflüssigkeit kondensierenden ersten Wärmeübertrager (5, 11′)
• d) einem von der Expansions-Kraftmaschine (4, 4 a′) angetriebenen Kom­ pressor (8, 5′)
• e) einem eine zweite Arbeitsflüssigkeit kondensierenden zweiten Wärmeübertrager (11, 7′)
• f) einem Drosselorgan (12, 8′) für die kondensierte zweite Arbeits­ flüssigkeit,
• g) einem dritten Wärmeübertrager (10, 9′), in dem das Kondensat der zweiten Arbeitsflüssigkeit verdampft und der Außenluft die Verdampfungswärme entzieht,
• h) einer Umwälzvorrichtung für einen Nutzwärmeträger (23, 17′) die den Nutzwärmeträger nacheinander durch den zweiten Wärmeübertrager (11, 7′) und danach durch den ersten Wärme­ übertrager (5, 11′) leitet.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansions-Kraftmaschine (4, 4 a′) Freikolben-Verdrängermaschine ausgebildet ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der transversalen Bewegung auf einen Kolben (45) des Kompressors (8) magnetisch erfolgt.

4. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (39 oder 45 oder 123) in Rotation versetzt wird.

5. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (39 oder 45 oder 123) den Läufer eines Elektromotors bildet.

6. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben (39 oder 45) doppelwirkend beaufschlagt sind.

7. Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (39) der Expansions-Kraftmaschine (4) im Zylinder (38) oszilliert und über eine Schubstange (42) mit einem innerhalb des Zylinders (38) angeordneten Magnetkolben (44) eine Einheit bildet.

8. Heizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressorkolben (45) als Hohlzylinder ausgebildet ist und den Magnetkolben (44) umschließt und mit diesem magnetisch in axia­ ler und azimutaler Richtung gekoppelt ist.

9. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche Expansions-Kraftmaschinen (4 a′ und 4 b′) zu einer Einheit zusammengefaßt sind und daß deren Kolben gegensinnig schwingen.

10. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansions-Kraftmaschine (38, 39) über ein Ventil gesteuert wird, welches aus einem Rohr (32) besteht, welches Eintrittsöff­ nungen (31) und Austrittsöffnungen (50) aufweist und in dem ein Ventilschieber (33) gleitet, der in Rotation versetzt wird.

11. Heizgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (33) in drei Positionen axial verschieblich ist.

12. Heizgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (33) als Läufer eines Elektromotors ausgebildet ist.

13. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß relativ zueinander gleitende Bauelemente aus Siliziumkarbid oder Sili­ ziumnitrid bestehen.

14. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wassertank (14′) integriert ist, der einen Wärmeübertrager (13′) aufnimmt, der von der ersten Arbeitsflüssigkeit durch­ strömt werden kann.

15. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wassertank (14′) integriert ist, der einen Wärmeübertrager (19′, 20′) aufnimmt, der von der zweiten Arbeitsflüssigkeit durchströmt werden kann.

16. Heizgerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Wassertank (14′) ein Wärmeübertrager (23′) angeordnet ist, durch den ein fließbarer Wärmeträger zirkuliert, der die Wär­ me der Tankfüllung auf einen Nutzwärmeträger (17′) über­ trägt.

17. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase des Brenners (1) durch einen vierten Wärmeübertrager (16′, 20) geleitet werden.

18. Heizgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein fließbarer Wärmeträger (17) nacheinander durch den zweiten (7′, 11) den ersten (11′, 5) und dann den vierten (16′, 20) Wär­ meübertrager geleitet wird.

19. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt der ersten Arbeitsflüssigkeit über dem der zweiten Arbeitsflüssigkeit liegt.

20. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste und die zweite Arbeitsflüssigkeit das gleiche Medium Ver­ wendung findet.

21. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Kolbens (39) größer ist, als der Kolbenhub.

22. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansions-Kraftmaschine (4, 4 a′) hermetisch gekapselt ist.

23. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (5′, 8) hermetisch gekapselt ist.

24. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat des ersten Wärmeübertragers (11′, 11′′) durch eine Speisepumpe (12′) in den Dampferzeuger (2′) gefördert wird, wobei die Speisepumpe (12′) von einer Expansions-Kraftmaschine angetrieben wird.

25. Heizgerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Expansions-Kraftmaschine durch Verdampfung des Kon­ densates des zweiten Wärmeübertragers (7′) erfolgt.

26. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatpumpe (6, 129, 136, 137) als oszillierende Pumpe ausge­ bildet ist und mit dem Kolben des Kompressors (123) eine Einheit bildet.

27. Heizgerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß ansaug­ seitig Membrankörper (140) angeordnet sind, die die Beschleunigungsam­ plitude des Ansaugstromes dämpfen.

28. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Verdampfer (17, 25′) innerhalb des Hauses angeordnet ist und daß wahlweise das Arbeitsmedium durch diesen geleitet werdenkann.