DE4208625A1

DE4208625A1 - Einrichtung für regenerative Energieumwandlung

Info

Publication number: DE4208625A1
Application number: DE4208625A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing Grad Hapke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1993-09-30
Also published as: DE4134749A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für regenerative Energieumwandlung, welche ein Bestandteil in der Patent schrift P 41 34 749.8 ist, mit dem Titel:
Solaranlage = Solarkollektor + Feststoffspeicher + Wärme pumpe = 1
und hier als selbstständige Erfindung niedergeschrieben wird, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gat tung.

Es ist bekannt, daß Wärmepumpen ebenfalls eine Art Energie umwandler sind, in vielfacher Ausführungsart und Konstruktion ihre zugedachte Aufgabe erfüllen als Warmwassererzeuger, Heiß- oder Kaltluft (Klimageräte) und ebenso zu Heizzwecken dien lich sind.

Es ist bekannt, daß Wärmepumpen die Umkehrung von Kühlaggre gaten sind und durch Entspannung Wärme erzeugen und dies im wirtschaftlichen Bereich bis 55°C.

Es ist bekannt, daß die Luftansaugung der Wärmepumpen und Klimageräten im wesentlichen oberirdisch vorgenommen wird wobei die Ansaugluft bei Wärmepumpen überwiegend für den Kälteaustausch mit dem Verdampfer wieder abgeführt oder in Vorratsräume eingeblasen wird, wobei Klimageräte im Wohnraum den Kälteaustausch zur Klimatisierung nutzen und die Wärme abführen und über Umluft steuern.

Es ist bekannt, daß Wärmepumpen mit Wasser-Wasser-System ihre Wärmeenergie aus unterirdischen Wasserumlauf oder Brunnen beziehen und hierbei erhebliche Unterkühlungen des Bodens nicht ausschließen können, deren Folgen durch Verzögerung des Wachstums oberirdisch erkennbar werden.

Es ist bekannt, daß Wärmepumpen trotz erheblicher staat licher Entwicklungshilfe den Markt nicht erobern konnten.

Es ist nicht bekannt, daß Wärmepumpen oder regenerative Energieumwandler ausschließlich ihre Luftansaugung bei entsprechender Systematic über das Außenmauerwerk für die totale Wärmerückgewinnung vorsehen, oder aus der Dachhaut vornehmen um sie einem Heizkreislauf zuzuführen.

Es ist nicht bekannt, daß Wärmepumpen ihre Funktionssicher heit für einen Winterbetrieb dieser Systematic verdanken und enorme Mengen Wärme mithilfe der Sonnenenergie auch bei hohen Minustemperaturen den luftbetriebenen Solarkollek toren entnehmen und nutzen können, um so den wirtschaftlichen Einsatz in Verbindung mit der totalen Wärmerückgewinnung einen fast 100 %tigen Wirkungsgrad in Bezug Wärmeverlust ausbeutung erreichen lassen.

Es ist nicht bekannt, daß Wärmepumpen als regenerative Energieumwandler als Wasserdurchlauferhitzer und gleicher maßen als Kälteträger in einem Kühlschrank oder zur Klima tisierung von Wohn-und Nutzräumen über Radiatoren ohne jeglichen vermeidbaren Wärme- oder Kälteverluste Anwendung findet und somit die Geräuschkulisse Ventilator ausschließt bei maximaler Energieausnutzung und Energieumwandlung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwertung, Anwendung und Umwandlung der Energie insbesondere der erforderlichen elektrischen Energie für Antriebe der Be triebsaggegrate wie Kältemaschinen bei Wärmepumpen durch konstruktive Lösungen mit höchstmöglichem Wirkungsgrad und Ausnutzungs- und Nutzeffekten vorzunehmen, um Verluste aus Energien und unkontrollierte Abstrahlungen weitgehends zu minimieren.

Nur eine regenerative Energieumwandlung und Nutzung ins besondere bei Wärmepumpen, deren Wirkungsgrad im Prospekt als Nutzungsgrad mit 97 % angeben ist wirft Zweifel auf, wenn man bedenkt, daß die ausgestoßene Kaltluft am Verdam pferteil ungenutzt zurückbeordert wird und doch auch Ener gie aus erbrachter Energie trägt.

Über ein Doppelrohr wird im Kondensatorteil das durch fließende Wasser durch Wärmeaustausch erwärmt bei geringem Isolieraufwand, wo auch diese Verlustwärme den eigentlichen Wirkungsgrad erheblich beschneidet.

Bei genauem hinsehen entpuppt sich die marktübliche Wärme pumpe als gelungene Halbheit, wobei die bekannten Klima geräte ebensowenig auf Energieverluste achten und mit viel Luft und Umluft die gesuchte Abkühlung erzwingen, die wir bei genauem hinsehen durch Selbstverschuldung erforderlich machen.

Bei einer Wärmepumpe wird für das Kompressorteil elektrische Energie aufgenommen um über ein Kältemittel durch Entspannung Wärme zu erzeugen, welche über einen Kondensator an das durch strömende Wasser übertragen zum Duschen oder Spülen zum Verbrauch zur Verfügung steht.

Das Hochdruckteil neigt zum Vereisen und muß über einen Verdampfer mithilfe eines leistungsfähigen Ventilators abgetaut werden, damit der neue Kreislauf einer Wärmepumpe beginnen kann.

Die Leistungsfähigkeit einer Wärmepumpe ließe sich erheb lich steigern, wenn die Kälteenergie sinnvoll für Kühl schränke und Kühlräume oder zur Klimatisierung von Wohn- und Nutzräume Anwendung fände und der Ventilator als Ge räuschträger verschwinden würde. Ein vollisolierter Klein speicher mit integriertem Kondensatorteil wäre förderlich für die haushaltliche Warmwasserversorgung bei maximaler Energieausnutzung. Kühlschränke mit eigenem Kälteteil wären ersetzbar und die Wirtschaftlichkeit einer regenerativen Energieumwandlung und Nutzung nicht weiter verbesserbar.

Bei einer Einrichtung für regenerative Energieumwandlung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Das wesentliche der Erfindung ist die unabdingbare Zusam mengehörigkeit mit der in Patentschrift P 41 34 749.8 Solaranlage = Solarkollektor + Feststoffspeicher + Wärmepumpe = 1 dargelegten Verfahren.

Nur so vermag der ganzjährige Einsatz einer Wärmepumpe für die totale Energie (Wärmerückgewinnung) für Heizbetrieb und einer zentralen- oder Haushaltgebundenen Warmwasser versorgung mit regenerativen Energieumwandlung (Wärmepumpe als Durchlauferhitzer) mit Kälteteil für Kühlschränke bei absolut schadstofffreien Dauerbetrieb maximal energie sparend und geräuscharm, zum Schutz für alles Leben, so wie es alle vorgeben zu wollen, Wirklichkeit werden. Der Lärmpegel einer handelsüblichen Wärmepumpe ist durch das Vorhandensein eines Ventilators sehr hoch und ist des halb fast ungeeignet als Aufstellungsort die Küche zu wählen. Desweiteren macht die erforderliche Luftansaugmenge für Verdampfererwärmung einen erheblichen Aufwand an großen Rohrleitungen erforderlich, desgleichen auch die Abführung der abgekühlten Luft nach Außen. Hieran würde der Einsatz einer Wärmepumpe für Heiß- oder Warmwasser scheitern. Wird der Abkühlvorgang der üblichen Art durch eine regenera tive Abkühlungsart zum Beispiel Thermoölbad mit Zwangsumlauf ersetzt, so wäre zum einen die freiwerdende Kälte geeignet um ersatzweise Kühlschrankartig genutzt zu werden, das hätte zur Folge, daß der Kühlschrank keiner weiteren elektrischen Energie bedarf, und wie im üblichen Heizkreis mittels Ver bindungsrohrleitungen (Vorlauf und Rücklauf) und Radiator flachplattenkörper alle nachfolgenden Kühlschränke oder auch im Sommer Wohnräume und Nutzräume mit Kälte für die Vorratshaltung und Klimatisierung der Wohneinheit zu ver sorgen ohne das zusätzliche Fremdenergie verbraucht würde. Somit könnte die elektrische Energie von 3 Kühlschränke mit je 140 Watt Stromaufnahme ersatzweise für den Verdichter genutzt oder eingespart werden, ohne auf irgend etwas zu verzichten, oder Zusatzbelästigungen ausgesetzt zu sein. Somit würde ein geschlossener Kältekreislauf entstehen und keinerlei unnötige Energieverluste auftreten. Eine ausreichend dimensionierte Isolierdicke der Rohrlei tungen sorgt für den gezielten Kälteeinsatz. In gleicher Anlage oder Einrichtung würde ein umseitig isolierter Behälter als Feststoffspeicher bei integriertem Kondensatorteil mit Doppelrohr-Warmwasseraustauscher als druckloser verschließbarer Behälter eine ergiebigere Durchlaufmenge bei gleicher Heizleistung erreichen lassen und die Abstrahlverluste erheblich mindern.

Das wesentliche der Erfindung ist der ungestörte Einsatz einer regenerativen Wärmepumpe als Warmwasser-Durchlauf erhitzer in Kleinstformat mit größtem Leistungsvolumen für die Warmwasserversorgung eines Haushaltes oder Wohnein heit bei ganzjähriger Nutzung unabhängig der Witterung wobei die Gebrauchswassereinführung durch den Dachspeicher anschluß erfolgt und somit nur an sonnenlosen Tagen einer Nachheizung bedarf, während im Winter die Verbindung mit der Heizungs-Wärmepumpe über den zentralen Pufferspeicher im Kellergeschoß hergestellt wird und das Warmwasser je nach Gebrauch nachgeheizt wird. Sollte Kältebedarf an stehen so wird das Mischwasser (Kaltwasser) für Spülma schine oder Waschmaschine aufgeheizt, oder das Schwimmbecken.

Das wesentliche der Erfindung ist Ausnutzung der Wärme für die Warmwasserversorgung über eine Wärmepumpe bei gleichzeitiger Ausnutzung der über Kälteaustausch erreich ten Kühlkreislaufes für Vorratshaltung (Kühlschrankartig) oder Klimatisierungswünsche bei maximaler Ausnutzung der eingesetzten elektrischen Energie, geringstem Montageauf wand und wirtschaftlichster Amortisation.

Der besondere Vorteil der gesamt gewählten Kombination entsprechend P 41 34 749.8 dargelegt, einschließlich der hier entwickelten regenerativen Wärmepumpen-Durchlauf erhitzer mit angeschlossenen Kühleinrichtungen eröffnet ungeahnte Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten und den absoluten Verzicht auf fossile Brennstoffe jeglicher Art, sowie die ganzjährige Sonnenenergienutzung in allen Tem peraturbereichen unabhängig einer geographischen Lage bei minimalem Fremdenergiebedarf und maximaler Wirtschaft lichkeit.

Ob die Kühlung oder Wärmenutzung für Meerwasserentsalzung in Wüstenregionen oder anderen Breitengraden, es gibt für für diese Erfindung keine Grenzen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert; diese zeigt in

Fig. 1 ein Querschnitt einer regenerativen Wärmepumpe mit Warmwasserteil im Quarzsand als Feststoffspeicher eingelassen, deren Behältnis ausreichend isoliert ist, Dem Verdampferteil welcher in einem mit Thermoöl gefüllten Behältnis eingetaucht ist, deren Kälteaustausch über eine Vor- und Rücklaufleitung mit angeordneter Pumpe an einen im Kühlschrank integrierten Flachheizkörper an schließt und den Betriebszustand darstellt, fix und fertig montiert, gemäß der Erfindung;

Fig. 2 Ein Schnitt des Durchlauferhitzers für sich fix und fertig montiert, gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Schnitt des Verdampferteiles für sich fix und fertig montiert, gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Schnitt durch einen Kühlschrank mit Radiator Absperrorgane und Rohrleitung fix und fertig montiert im Betriebsbereiten Zustand, gemäß der Erfindung;

Fig. 5 schematisch den Anwendungs- und Verwendungsbereich einer regenerativen Wärmepumpe als Durchlauferhitzer und Raumkühler oder Kühlschrank-Kälteversorgung, gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sei lediglich das System und die Funktion sowie die äußere Gestaltungsart des fertigen Produktes dargestellt, indem eine vorhandene marktübliche Wärmepumpe W ohne Veränderung der Konstruktion oder Einbauteile lediglich die letzteren Kondensator mit Doppelrohr für Warmwasserbereitung 3 wurde in ein mit Qarzsand gefüllten (Speicher 10) ausreichend wärmeisolierten 15 Behälter 8 eingelassen um intensivere Wärmeausnutzung zu erreichen; während der Verdampfer 4 in einen mit Thermoöl 9 gefüllten Behälter 8 mit Vorlauf- 17 und Rücklaufleitung 18 versehen montiert ist deren Außenwände ausreichend wärmeisoliert 15 sind, den maximalen Kälteaustausch bewirkt und an die im K Kühlschrank ersatzweise eingebauten Flachradiatore 11 überträgt; mithilfe einer kleinen Thermoölpumpe 12 wird ein Zwangsumlauf erreicht, was den ständigen Kreislauf bei maximalem Kälteaustausch erreicht und einen Ven tilator vergessen läßt.

Kompressor 1, Hochdruckschalter 2 sowie Kapillarrohr 7 und übliche Verbindungs-Rohrleitungen 13 der Wärmepumpe W bleiben im wesentlichen unverändert funktionsfähig.

Fig. 2 zeigt im Seitenschnitt den Kondensator 3 Doppel rohrsystem mit Wassereinlaß aus Speicher 5 und Wasseraus laß zum Verbraucher 6 welches in einem Speicher aus Quarz sand 10 eingebettet, von einem Behälter 8 umgeben welcher außenseitig Wärmeisolierung 15 aufweist, das Oberteil der Wärmepumpe W darstellt.

Fig. 3 zeigt im Seitenschnitt den Verdampfer 4 (Kälteteil) welcher an das umgebende Thermoöl 9 seine Kälte abgibt welches ein Behälter 8 aufnimmt der ausreichend wärmeisoliert 15 ist und Vorlauf- 17 sowie Rücklaufleitung 18 einschließ lich der erforderlichen Absperr- und Steuerventile 14 auf weist und mittels einer Ablaßschraube 16 ein Thermoöl austausch oder nachfüllen möglich ist.

Fig. 4 zeigt ein Schnitt durch einen Kühlschrank K indem das alte Kälteteil sowie Kondensator 3 und Verdampfer 4 durch einen einfachen Flachradiator 11 ersetzt wurde welcher bodenseitig eingeführte Rohrleitungen 13 für Vor lauf- 17 und Rücklaufleitung 18 anschließt und die über schüssige Kälte aus der Wärmepumpe W nutzbringend verwendet.

Fig. 5 zeigt schematisch die regenerative Nutzung von Energie und deren Umwandlung seither vergeudeter Energien oder Energieverluste und deren Prozeßeinbindung auf ein fachste Art und Weise unabhängig der Energieart, sowie deren Nutzbarmachung für mögliche Anwendung- oder Verwendung im häuslichen Bereich dem Menschen zum Nutzen.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungs- und Nutzungs beispiele in vielfacherweise konstruktiv änderbar, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Auch kann ein anderes Speichermaterial als Quarzsand verwen det werden, oder andere frostbeständige Flüssigkeiten wesentlich ist allein die Tatsache, daß mit primitivsten Mitteln ein Maximum an Energieeinsparung und Energieaus nutzung oder Anwendung und Verwertung erreicht wird, der Umwelt und dem Menschen zum Wohle.

Wichtig ist vor allem, wenn schon Atomstrom sein muß, daß hiermit sehr sparsam umgegangen wird und keine Kälteenergie oder Wärmeenergie sinnlos einfach mit Ventilatoren in die Atmosphäre geblasen wird, wie es bei seitherigen Wärmepumpen üblich ist, und unnötige Lärmbelästigungen provoziert werden.

Bezugszeichenliste:

1 Kompressor
2 Hochdruckschalter
3 Kondensator
4 Verdampfer
5 Wassereinlaß aus Speicher
6 Wasserauslaß zum Verbraucher
7 Kapillarrohr
8 Behälter
9 Thermoöl
10 Quarzsandfüllung als Speicher
11 Flachradiator
12 Thermoölpumpe
13 Rohrleitung
14 Absperr-Regelventil
15 Wärmeisolierung
16 Ablaßschraube
17 Vorlaufleitung
18 Rücklaufleitung
19 Ventilator
W Wärmepumpe
K Kühlschrank

Claims

Einrichtung für regenerative Energieumwandlung, welche jeweils als ein geschlossener Kreislauf entsprechend der Nutzung durch leicht anbringbare Austausch und Zusatz einrichtungen sowie variabler Gestaltungsart den jeweiligen Verwendungszweck erfüllen läßt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator 3 einer Wärmepumpe W von einem Behälter 8 umhüllt ist welcher mit grobem Quarzsand 10 verfüllt einen wirksamen Feststoffspeicher darstellt, wobei eine aus reichend bemessene Wärmeisolierung 15 einen zusätzlichen Wasserboiler ersetzt und als einfacher Durchlauferhitzer wirksam wird;
daß der Verdampfer 4 einer Wärmepumpe W im geschlossenen Behälter 8 montiert welcher mit Thermoöl 9 gefüllt und An schlüsse für eine Vorlaufleitung 17 und eine Rücklaufleitung 18 aufweist:
daß an diese Vor- und Rücklaufleitung 17, 18 über eine Rohr leitung 13 beliebig viele Flachradiatore 11 für Kühlzwecke in Kühlschränke K sowie Wohn- und Nutzräume anschließbar sind;
daß die Energieumwandlung im umgekehrten Sinn einer Heizungs anlage funktioniert.