DE4308888A1 - Heizanlage, die nebenbei elektrische Energie erzeugt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Heizanlage ist durch eine deutsche Offenle­ gungsschrift (P 23 63 103.0) bekannt geworden. Sie ist ein kom­ biniertes Heiz- und Notstromaggregat mit der Aufgabe, ein Haus zu heizen und daneben elektrische Energie für dessen Eigenbedarf zu erzeugen; letzteres vor allem dann, wenn das allgemeine elektrische Netz abgeschaltet ist.

Es gibt geographische Lagen, in denen ein Anschluß an ein allgemeines elektrisches Netz zu aufwendig wäre. Das sind sogenannte Versorgungsinseln. Hier stellt sich ebenfalls die Aufgabe, eigenständig elektrische Energie für den eigenen Bedarf zu erzeugen. Dazu dient beispielsweise ein sowohl Wärme für die Heizung als auch elektrische Energie für den eigenen Bedarf erzeugendes Hausenergiesystem, wie es durch eine deutsche Offenlegungsschrift (P 32 27 643.5) bekannt geworden ist.

Ein Gegenstück zu solchen Kleinanlagen sind die bekannten Großheizkraftwerke und Blockheizkraftwerke. Das sind Elek­ trizitätswerke, welche die bei der Stromerzeugung entstehende Abwärme als Fernwärme nutzen. Sie erfüllen die Aufgabe, elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad zu erzeugen und in umweltfreundlicher Weise benachbarte Gebäudekomplexe zu heizen. Die Möglichkeiten für den Einsatz von Heizkraftwerken sind aber sehr beschränkt, weil die Verteilung von Fernwärme ein verlustreiches und aufwendiges Rohrsystem zum Transport des heißen Dampfes oder Wassers erfordert. Deshalb eignen sich Heizkraftwerke nur für Gebiete mit extrem hoher An­ schlußdichte von Fernwärmeverbrauchern.

Die Erzeugung der elektrischen Energie dient also in den vorangehend genannten Anlagen zur häuslichen Notstromversor­ gung, zur häuslichen Inselversorgung oder zur großtechnischen Stromerzeugung mit Fernwärmelieferung. Anlagen der genannten Art können aber, gesamtheitlich gesehen, zu einer wirtschaft­ lichen und umweltfreundlichen Energieversorgung weitflächi­ ger Gebiete nur wenig beitragen. Denn einerseits sind Strom­ ausfälle und Inselbetriebslagen bei uns sehr selten, anderer­ seits ist die für sinnvolle Fernwärmeversorgung erforderliche Anschlußdichte unter vertretbaren Anlagekosten nur in ver­ gleichsweise sehr wenigen Fällen vorhanden.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß sich in ein­ zelnen Häusern oder Häusergruppen der Bedarf an Wärme zum Heizen mit dem Bedarf an elektrischer Energie zeitlich nicht deckt, so daß bei energetischer Eigenversorgung mit beiden Energieformen entweder Wärme oder elektrische Energie ver­ geudet, gespeichert oder ferngeliefert werden muß. Die Ver­ geudung von Energie ist heutzutage unverantwortlich, die Spei­ cherung von Energie ist aufwendig. So bleibt nur die Fern­ lieferung durch geeigneten Transport. Der Transport von Wärme ist verlustreich und aufwendig und erfordert die Erstellung eines eigenen Rohrsystems - dagegen ist der Transport von elektrischer Energie verlustarm und billig und kann sich des bereits bestehenden elektrischen Netzes bedienen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einer mit fossilem oder regenerativem Brennstoff betriebenen Heiz­ anlage für ein einzelnes Haus oder eine Häusergruppe nebenbei elektrische Energie zu erzeugen und diese in ein allgemeines elektrisches Netz einzuspeisen. Für eine brauchbare Lösung kommt angesichts der Kleinheit einer solchen Heizanlage nur ein einfaches und preisgünstiges System in Frage, das gefahr­ los und zuverlässig über lange Zeiträume wartungsfrei und unbeaufsichtigt arbeiten kann. Gemäß der Erfindung ist eine Lösung dieser Aufgabe durch eine Heizanlage der eingangs ge­ nannten Gattung gegeben, welche die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Durch eine solche Heizanlage wird das allgemeine elektri­ sche Netz sowohl passiv als auch aktiv entlastet. Der von der Heizanlage erzeugte und im eigenen Haus verbrauchte Anteil der elektrischen Energie bedeutet passive Entlastung des Net­ zes, weil dieses dadurch weniger belastet wird. Der von der Heizanlage erzeugte und ins Netz eingespeiste Anteil der elektrischen Energie bedeutet aktive Entlastung des Netzes, weil diese elektrische Energie im Netz der allgemeinen Strom­ richtung vom Elektrizitätswerk zum Verbraucher entgegen­ fließt. Wegen dieser passiven und aktiven Entlastung des Netzes eignet sich der vielfache Einsatz der erfindungsge­ mäßen Heizanlage besonders in solchen Wohngebieten, die durch eine lange und dadurch sowohl verlustreiche als auch aufwendige Zuleitung vom öffentlichen Elektrizitätswerk ver­ sorgt werden müssen.

Die erfindungsgemäßen Heizanlagen und die bekannten großen Heizkraftwerke ergänzen sich bestens bezüglich ihres Einsatzfeldes: Während die Heizkraftwerke ideal geeignet sind für Großstadtkerne und dank ihrer Wasch- und Filteranlagen Brennstoffe mit Schwefel und anderen Schadstoffen umwelt­ freundlich verfeuern können, eignen sich die erfindungsge­ mäßen Heizanlagen ausgezeichnet für weit erstreckte Wohnge­ biete und zum umweltfreundlichen Verfeuern von schadstoff­ freien oder schadstoffarmen Brennstoffen wie Erdgas oder sauberem Heizöl.

Die Heizanlage nach der Erfindung bedient sich eines Heiß­ gasmotors mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsgases. Solche Heißgasmotore können beispielsweise nach dem Kolben-, dem Lamellen- oder dem Turbinen-Prinzip arbeiten. Als Kolben­ motore sind sie unter dem Namen Stirling-Motor bekannt und zeichnen sich durch geringen Verschleiß sowie durch Wartungs- und Geräuscharmut aus. Der geschlossene Kreislauf erlaubt eine abgekapselte Bauweise, die unbefugtes Eingreifen durch Bastler und Kinder ausschließt und Betriebsstörungen oder Schädigungen durch ungeeigneten Brennstoff vermeidet. Aus dem abgekapselten Heißgasmotor braucht nur eine rotierende Achse oder - wenn die elektrische Maschine in das abgekapselte Gehäuse mit einbezogen ist - nur eine elektrische Mehrfachleitung auszutreten. Der Nutzwärmeeintritt in den Heißgasmotor und der Abwärmeaustritt aus dem Heißgasmotor erfolgt einfacher­ weise durch wärmeleitende Wände.

Die konstant gehaltene Frequenz des allgemeinen elektri­ schen Netzes ist bei uns in Mitteleuropa fast immer 50 Hz. Der wenigstens zeitweise Anschluß der elektrischen Maschine an ein solches Netz gibt die Möglichkeit, diese Maschine in einfacher Weise als Generator zur Gewinnung der elektrischen Energie oder als Anlasser für den Heißgasmotor zu betreiben. Das ist wichtig, weil dadurch die Anlage preisgünstig, ein­ fach und zuverlässig arbeitet.

Hohe Spitzen des Stromverbrauchs aus dem allgemeinen elektrischen Netz treten im Winter auf; vor allem am Morgen und am Abend. Die zu diesen Zeiten auftretende Spitzenlast erfordert hohe Stromerzeugungskapazität und große Leiter­ querschnitte des Netzes. Beides ist aufwendig und umwelt­ feindlich. Regenerative Energiequellen wie Sonnenstrahlung und Wasserkraft stehen aber gerade dann gar nicht oder nur spärlich zur Verfügung. Angesichts dieser Tatsachen ist es ein für das Allgemeinwohl besonders wichtiger Vorteil, daß gerade während der Spitzenlastzeiten in der erfindungsgemäßen Heizanlage besonders viel elektrische Energie erzeugt und zum Teil ins Netz eingespeist wird. Denn im Winter wird des hohen Heizbedarfs wegen viel Brennstoff verfeuert. Das gilt vor allem für die frühen Morgenstunden, wenn von der Nachtab­ schaltung oder Nachtreduzierung der Heizung wieder auf Voll­ heizung umgeschaltet wird.

Um diesen Vorteil besonders gut auszunutzen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung die im Kennzeichen des Anspruchs 2 dargestellten Maßnahmen vor. Vorteilhaft wird die morgend­ liche Umschaltung der Heizung von Nachtreduzierung auf Voll­ heizung auf den Zeitpunkt hingesteuert, in der das Netz eine Entlastung durch in der Heizanlage erzeugte elektrische Energie besonders dringend braucht. Das läßt sich, soweit es in angemessenen Grenzen geschieht, ohne nennenswerte Einbuße an Heizkomfort bewerkstelligen. Denn die Wärmekapazität des Warmwasserkreislaufs und der beheizten Räume fängt eine beispielsweise viertelstündige Vor- oder Nachverlegung einer solchen Umschaltung ohne weiteres auf.

Je mehr erfindungsgemäße Anlagen mitwirken, desto besser ist die flächenhafte Einspeisung in das Netz und auch die zeitliche Verteilung des Einspeisens optimiert sich im Ver­ hältnis zum Bedarf. Demnach ist die erfindungsgemäße Heizan­ lage ein geradezu idealer Spitzenlastlieferant elektrischer Energie. Denn die dezentrale Einspeisung elektrischer Energie zu Spitzenlastzeiten erspart Überdimensionierung der Netz­ leitungen und der Stromversorgungskapazität. Die Ersparnis ist ein wertvoller Beitrag zum Umweltschutz und zur Schonung der Rohstoff-Vorräte.

Die elektrische Maschine der erfindungsgemäßen Heizanlage kann beispielsweise eine Schleifring- oder eine Doppelfeld­ maschine sein. Besonders einfach und betriebssicher ist aber eine Maschine, wie sie im Kennzeichen des Anspruchs 3 be­ schrieben ist. Eine solche Maschine ist unter dem Namen Drehstrom-Asynchrongenerator beziehungsweise Drehstrom- Asynchronmotor bekannt. Bei Anschluß an ein 50 Hz-Netz hat sie normalerweise eine Leerlaufdrehzahl von nahezu 50 U/s. In der Wirkungsweise als Generator ist ihre Drehzahl wegen des negativen Schlupfes mehrere Prozent höher; in der Wirkungs­ weise als Motor ist sie wegen des positiven Schlupfes um mehrere Prozent weniger.

Die Wicklungen des Ständers der Maschine können in Stern- oder Dreieck-Anordnung geschaltet sein. Wenn der Ständer nicht drei, sondern sechs, neun oder zwölf Wicklungen trägt und diese in geeigneter Anordnung an ein 50 Hz-Netz ange­ schlossen sind, dann rotiert das rotierende Magnetfeld nicht mit 50 U/s, sondern mit 25 U/s, 16²/₃ U/s oder 12,5 U/s, also mit einem ganzzahligen Bruchteil der Frequenz des Netzes.

Es ist vorteilhaft, wenn die Drehzahl des rotierenden Magnetfeldes umschaltbar ist zwischen der Frequenz des Netzes und mindestens einem ganzzahligen Bruchteil davon. Umschal­ tung von 50 U/s auf 25 U/s läßt sich in einfacher Weise mit­ hilfe von sechs Wicklungen bewerkstelligen, die von Stern- Anordnung auf Doppelstern-Anordnung umschaltbar sind.

Viele Brenner von hauseigenen Heizanlagen arbeiten inter­ mittierend zwischen Einschaltung und Ausschaltung. Derarti­ ger intermittierender Betrieb ist auch bei einer Heizanlage der Erfindung möglich. In diesem Fall ist es günstig, wenn in den Ausschaltphasen eine zu starke Abkühlung der Wärmeein­ gangsseite des Heißgasmotors vermieden wird; beispielsweise indem eine Zündflamme diese Wärmeeingangsseite dauernd heizt.

Im Kennzeichen von Anspruch 5 ist eine besonders vorteil­ hafte Weise von intermittierender Brennstoffzufuhr geoffen­ bart. Sie ist auch dann schon sehr günstig, wenn nur zwei Brennstoffzufuhr-Stufen miteinander intermittieren; die eine entsprechend einer Maschinendrehzahl von etwa über 50 U/s, die andere entsprechend einer Maschinendrehzahl von etwas über 25 U/s. Mit Hilfe von Mikroprozessoren lassen sich der­ artige Schaltaufgaben kostengünstig und zuverlässig bewäl­ tigen.

Wichtig für die Effektivität der erfindungsgemäßen Heiz­ anlage ist die Verwendung eines geeigneten Heißgasmotors. Dessen mechanisch/thermischer Wirkungsgrad, also das Verhält­ nis zwischen von ihm abgegebener mechanischer Energie und von ihm aufgenommener thermischer Energie, sollte mindestens 20% erreichen. Das ist auch mit kleinen Heißgasmotoren problemlos realisierbar. Diese 20% sind nur ein Bruchteil des theoreti­ schen mechanisch/thermischen Wirkungsgrades von 50%, der sich nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik beispielsweise bei einer durch die heißen Verbrennungsgase gegebenen Eintritts­ temperatur von 700 K entsprechend 427°C und einer durch das "heiß-kühlende" Wasser mit 350 K entsprechend 77°C gegebenen Austrittstemperatur errechnet. Im Gegensatz zu großen Heiz­ kraftwerken, die Fernwärme mit wesentlich höheren Temperatu­ ren erzeugen müssen, kann die erfindungsgemäße Heizanlage den genannten Beispielwert von 77°C Wassertemperatur im Warmwasserkreislauf sogar oft noch unterschreiten und dadurch ihren Wirkungsgrad vergrößern.

Eine Ausgestaltung der Erfindung schlägt im Kennzeichen des Anspruchs 6 einen geradezu idealen Heißgasmotor vor. Selbst kleine Stirling-Motore erreichen Wirkungsgrade von über 30%. Dazu sind sie ungefährlich, verschleiß-, geräusch- und wartungsarm. Ein solcher Heißgasmotor hat also genau die­ jenigen Eigenschaften, die für eine Heizanlage nach der Er­ findung zu fordern sind. Darüber hinaus ist ein Stirling- Motor bestens geeignet, um mit einer asynchron arbeitenden und an ein allgemeines elektrisches Netz angeschlossenen elektrischen Maschine kombinatorisch zusammenzuarbeiten.

Denn eine derartige Maschine hat bei Anschluß an das allge­ meine Netz mit 50 Hz typische Drehzahlen von rund 50 U/s und/oder 25 U/s. Das sind Werte, wie sie auch für bereits serienreif entwickelte Stirling-Motore charakteristisch sind. Deshalb lassen sich Stirling-Motor und asynchron arbeitende elektrische Maschine getriebelos coaxial miteinander kuppeln. Damit ist eine Kombination gegeben, die überraschend einfach, wirksam und betriebssicher arbeitet.

Das Prinzip des Heißgasmotors mit geschlossenem Kreislauf läßt sich auch durch Gasturbinenaggregate verwirklichen. Eine günstige Realisation ist im Kennzeichen des Anspruchs 7 auf­ gezeigt. Als Heißgas kommt Luft oder ein inertes Trägergas, insbesondere Helium, in Frage. Als Heißgas zum Betreiben der Arbeitsturbine eignet sich auch gesättigter oder überhitzter Wasserdampf, der am Ausgang der Arbeitsturbine zu Wasser kon­ densiert, das über eine Speisewasserpumpe in einen Durchlauf- Dampfkessel eingebracht wird.

Während der Sommermonate besteht normalerweise kein Bedarf zur Heizung von Wohnungen. Dennoch werden in vielen Betrieben die Heizanlagen weiter betrieben, und zwar zur Bereitung von heißem Brauchwasser. Hierfür wird nur wenig Brennstoff ver­ braucht und es lohnt sich gegebenenfalls nicht, dabei den Heißgasmotor in Betrieb zu setzen; zumal im Sommer der Bedarf an elektrischer Energie verringert ist. Um diesem Bedürfnis nach reduziertem Betrieb in günstiger Weise Rechnung zu tra­ gen, sieht eine Weiterführung der Erfindung die im Kennzei­ chen des Anspruchs 8 genannten Maßnahmen vor.

Die Umschaltung von Vollbetrieb auf Teilbetrieb kann in verschiedenartiger Weise erfolgen. In einer Anlage mit einem die Verbrennungsgase umschließenden Heizkessel kann das bei­ spielsweise dadurch geschehen, daß die der Wärmeaufnahme die­ nende Seite des Heißgasmotors aus dem Kesselraum herausgezo­ gen wird oder daß der Brenner an eine Stelle des Heizkessels bewegt wird, wo die von ihm ausgehenden Verbrennungsgase den Heißgasmotor nicht erreichen. Eine besonders einfache und be­ triebssichere Art der Umschaltung ist im Kennzeichen des An­ spruchs 9 aufgezeigt.

Die Heizanlage nach der Erfindung soll weitgehend unab­ hängig von menschlicher Überwachung und manuellem Zutun ar­ beiten. Das läßt sich mit den Hilfsmitteln der modernen Elek­ tronik aufwandsarm und zuverlässig bewerkstelligen. Die von Thermofühlern, Zeitschaltuhren, Netzspannungs-Sensoren und Leistungs-Meßgeräten gegebene Information wird vorteilhaft mit Hilfe von Mikroprozessoren gesamtheitlich verarbeitet und zur Bewerkstelligung der von der Erfindung vorgesehenen Funk­ tionen herangezogen.

Die nachfolgend besprochenen Figuren zeigen in schematischer Weise Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Heizanlage oder von deren Teilen. Es zeigt

Fig. 1 eine Heizanlage, in der Heizöl verfeuert wird und in welcher der Heißgasmotor ein Gasturbinenaggregat ist,

Fig. 2 eine Heizanlage, in der Erdgas verfeuert wird und in welcher der Heißgasmotor ein einzylindriger Stirling- Motor ist und

Fig. 3 und 4 die elektrische Verschaltung von sechs Ständerwicklungen in einer nach dem Prinzip der asynchronen Induktion arbeitenden elektrischen Maschine, wobei in Fig. 3 diese sechs Wicklungen in Stern-Anordnung und in Fig. 4 in Doppelstern-Anordnung geschaltet sind.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 ist ein Warmwasserkreislauf gezeigt, der einen Heizkessel 1, eine Umwälzpumpe 2, ein Rohrsystem 3 und Heizkörper 4 umfaßt. In diesem Warmwasserkreislauf zirkuliert das Wasser 5 mit einstellbarem Druck und regelbarer Temperatur. Ein Brenner 6 ist mit einer Dosiervorrichtung 7 zur Regulierung der Brenn­ stoffzufuhr gekoppelt. Im unteren Bereich des Heizkessels 1 ist eine thermische Isolierschicht 8 vorgesehen, welche die vom Brennstoff entwickelte Wärme zwingt, nach oben aufzu­ steigen und dort in den Heißteil 9 eines Heißgasmotors 10 einzutreten. Am oberen Ende des Heizkessels 1 ist dessen Abgasauslaß 11.

Mit dem Heißgasmotor 10 ist eine elektrische Maschine 12 gekoppelt, die im Normalbetrieb als Elektrogenerator und im Anlaßbetrieb als Elektromotor arbeitet. Die von dieser Maschine 12 ins allgemeine Netz 13 gelieferte beziehungs­ weise daraus aufgenommene Energie durchläuft die Steueran­ lage 14. Diese bewerkstelligt die Absicherung gegen Überlast und die Messung und Registrierung der Energielieferung be­ ziehungsweise des Energieverbrauchs. Gegebenenfalls enthält die Steueranlage 14 auch Detektoren zur Messung der Spannung des Netzes 13 und/oder zum Empfang von durch das Netz 13 über­ tragenen Steuerimpulsen. Die von einem Thermometer 15 gemes­ sene Temperatur des Wassers 5 wird über die Leitung 16 an die Steueranlage 14 übermittelt. Diese verarbeitet die eingehende Information von der Temperatur des Wassers 5 und gegebenenfalls auch vom allgemeinen Netz 13 und steuert dementsprechend über die Steuerleitung 17 die zum Brenner 6 gehörige Dosiervorrich­ tung 7.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Heißgasmotor 10 umfaßt den Heißteil 9, durch welchen die Wärme von den heißen Ver­ brennungsgasen in den Heißgasmotor 10 eintritt und einen Kaltteil 18, durch welchen die Abwärme aus dem Heißgasmotor 10 in das Wasser 5 austritt. Der Heißteil 9 und der Kalt­ teil 18 bestehen aus Rohrschlangen. Das Herzstück des Heiß­ gasmotors 10 ist dessen thermo-mechanischer Energiewandler, der die von ihm erzeugte mechanische Energie über die Welle 19 abgibt.

Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Energie­ wandler ein Gasturbinenaggregat 20, 21, das aus einer Arbeits­ turbine 20 und dem coaxial damit gekoppelten Verdichter 21 besteht. Die von der Arbeitsturbine 20 erzeugte mechanische Energie wird über die Welle 19 und ein Getriebe 22 auf die elektrische Maschine 12 übertragen.

In der Heizanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Energiewandler ein Stirling-Motor 23. Seine in bekannter Weise arbeitenden Kolben und sein Regenerator sind nicht dargestellt. Die vom Energiewandler erzeugte mechanische Energie wird von der Welle 19 über die Kupplung 24 auf die elektrische Maschine 12 übertragen.

Der in Fig. 2 gezeigte Brenner 6 ist ein Gasbrenner, der über ein Ventil 25 mit Erdgas versorgt wird. Von diesem Ven­ til 25 fließt das Gas über die Dosiervorrichtung 7 nach Maß­ gabe der durch die Steuerleitung 17 übertragenen Information über die längere Gasleitung 26 und/oder die kürzere Gas­ leitung 27 zum Brenner 6. Damit kann die Anlage in einem zwischen vier Stufen intermittierenden Betrieb gefahren wer­ den: erstens ohne Gas, zweitens mit Gas durch die längere Gas­ leitung 26, drittens mit Gas durch die kürzere Gasleitung 27 und viertens mit Gas durch diese beiden Gasleitungen 26, 27.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine den Weg der Verbrennungsgase regulierende Strömungsleitvorrichtung dargestellt. Sie besteht aus einem rechtwinklig gebogenen Schirm 28, der durch Drehen um eine Achse 29 verschiedene Lagen annehmen kann. In der gezeigten Lage zwingt er die heißen Verbrennungsgase, die Rohre des Heißteils 9 zu durch­ strömen und darin den Großteil ihrer Wärme abzugeben. Wird dieser Schirm 28 jedoch um einen rechten Winkel im Gegenuhr­ zeigersinn um die Achse 29 gedreht, dann deckt er den Heiß­ teil 9 2seitig ab und die heißen Verbrennungsgase strömen am Heißteil 9 vorbei, ohne diesen zu erhitzen. Diese Lage des Schirms 28 ist beispielsweise für sommerlichen Teilbetrieb der Heizanlage gedacht, wenn auf die Erzeugung von elektri­ scher Energie verzichtet werden soll. Der Drehwinkel des Schirms 28 ist durch einen Stellmotor 30 über eine Stelleitung 31 von der Steueranlage 14 aus regelbar und kann dazu dienen, den Heißteil 9 vor Überhitzung zu schützen.

In den Fig. 3 und 4 sind die sechs Wicklungen 32, 33, 34, 35, 36, 37 des nicht gezeigten Ständers der Maschine 12 in der üblichen symbolischen Weise dargestellt. Die drei Phasen R, S, T des Netzes 13 sind in der Stern-Anordnung gemäß Fig. 3 gegeneinander um 120° versetzt, dagegen in der Doppelstern- Anordnung gemäß Fig. 4 gegeneinander um 60° versetzt ange­ schlossen. Gegebenenfalls ist dabei noch ein Transformator zwischengeschaltet. Falls das Netz 13 die Frequenz 50 Hz hat, rotiert das magnetische Feld bei der Anordnung nach Fig. 3 mit 50 U/s, dagegen bei der Anordnung nach Fig. 4 mit 25 U/s. Dem­ entsprechend ist die Drehzahl der Maschine 12 etwas höher als 50 U/s bzw. 25 U/s wenn diese als Generator arbeitet, jedoch weniger als 50 U/s bzw. 25 U/s wenn sie als Anlasser arbeitet.

Claims (9)

1. Heizanlage zum Heizen von bewohnten Räumen mit Hilfe eines Warmwasserkreislaufs (1, 2, 3, 4), dessen Wasser (5) durch Verbrennung von fossilem oder regenerativem Brennstoff erwärmt wird, in der sich die laufende Brennstoffzufuhr nach dem Wärmebedarf der beheizten Räume ohne manuelles Zutun in kontinuierlicher und/oder intermittierender Weise regelt und gegebenenfalls abschaltet, und in der neben­ bei und wenigstens zeitweise durch einen wartungsarmen Heißgasmotor (10) mit geschlossenem Kreislauf und einer damit gekoppelten rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschine (12) elektrische Energie erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (12) wenigstens zeitweise an ein allgemeines elektrisches Netz (13) mit konstant gehal­ tener Frequenz angeschlossen ist und bei normaler Betriebs­ drehzahl als Elektrogenerator, bei geringerer Drehzahl je­ doch als Elektromotor arbeitet, und daß sich der Heißgas­ motor (10) und die mit ihm gekoppelte Maschine (12) ohne manuelles Zutun auf die laufende Brennstoffzufuhr derart einstellen, daß während des normalen Betriebszustandes der Heißgasmotor (10) die Maschine (12) antreibt und diese dann elektrische Energie in das Netz (13) einspeist, daß während oder nach fehlender Brennstoffzufuhr beide stillstehen und daß während oder nach anlaufender Brennstoffzufuhr die Maschine (12) elektrische Energie aus dem Netz (13) auf­ nimmt und dem Heißgasmotor (10) als Anlasser dient.

2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abfall der Spannung des Netzes (13) oder einem vom Netz (13) übertragenen Spitzenbedarfssignal sich die Brenn­ stoffzufuhr einschaltet oder erhöht oder daß sich deren Abschalten oder Herabsetzen auf einen niedrigeren Wert hinauszögert, derart, daß die von der Heizanlage erzeugte und ins Netz (13) eingespeiste Energie zur Verminderung der Spitzenbelastung des Netzes (13) dient.

3. Heizanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (12) einen Rotor und einen Ständer enthält und nach dem Prinzip der asynchronen Induk­ tion arbeitet, wobei der Rotor ein Kurzschlußläufer ist und der Ständer Wicklungen trägt, die wenigstens zeitweise ans Netz (13) angeschlossen sind und daß das Netz (13) ein drei­ phasiges Drehstromnetz ist, dessen Wechselspannung in der Maschine (12) ein rotierendes Magnetfeld induziert.

4. Heizanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch unterschiedliche Schaltungen der Wicklungen die Drehzahl des rotierenden Magnetfeldes umschaltbar ist zwischen der Frequenz des Netzes (13) und mindestens einem ganzzahligen Bruchteil davon.

5. Heizanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die laufende Brennstoffzufuhr intermittierend zwischen mindestens zwei derart gewählten Stufen ändert, daß jede Stufe eine Drehzahl des Heißgasmotors (10) bewirkt, die einer zugehörigen Drehzahl des rotierenden Magnet­ feldes angepaßt ist.

6. Heizanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgasmotor (10) ein Kolbenmotor ist, der nach dem Stirling-Prinzip arbeitet und vorzugsweise coaxial mit der elektrischen Maschine (12) verbunden ist.

7. Heizanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgasmotor (10) ein Gasturbinenaggregat (20, 21) ist, in welchem das Gas des Gaskreislaufs zuerst einen Ver­ dichter (21) und sodann eine dazu coaxiale Arbeitsturbine (20) durchläuft und daß dem Gas vor der Arbeitsturbine (20) Wärme von den heißen Verbrennungsgasen zugeführt und nach der Arbeitsturbine (20) Wärme vom Wasser (5) entzogen wird.

8. Heizanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie wahlweise auf Vollbetrieb oder auf thermischen Teilbetrieb geschaltet werden kann, wobei im Vollbetrieb die Verbrennungsgase zunächst Wärme an den Heißgasmotor (10) abgeben, dessen Abwärme dann das Wasser (5) erwärmt, und daß die Verbrennungsgase sodann über mindestens eine wärmedurchlässige Wand das Wasser (5) noch zusätzlich erwärmen, wohingegen im thermischen Teilbetrieb der Heiß­ gasmotor (10) nicht arbeitet und die Verbrennungsgase im wesentlichen nur durch mindestens eine wärmedurchlässige Wand das Wasser (5) erwärmen.

9. Heizanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg der Verbrennungsgase durch eine verstellbare und/oder regelbare Strömungsleit-Vorrichtung veränderbar ist, so daß im Vollbetrieb die nötige Wärmeaufnahme des Heißgasmotors (10) gesichert ist und sich im thermischen Teilbetrieb die Eingangsseite des Heißgasmotors (10) nicht überhitzt.