DE4341209C1 - Heizungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizungssystem, vorzugsweise zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie, bei dem die in/an einem Ölbehälter angeordnete Hydropumpe einen Druckölstrom erzeugt, dessen hydraulische Energie über eine Drosselstelle in Wärme umgewandelt wird, welche zur Erwärmung/Aufheizung des als Wärmeträger dienenden Öles genutzt wird.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Umwandlung von kinetischer Energie in Wärmeenergie (DE 29 48 244 A1), bei der vorzugsweise Windkraft und/oder Wasserkraft in Wärme gewandelt werden, wobei diese Nutzwärme für Heizzwecke Verwendung findet. Hierbei wird ein geschlossenes Leitungssystem mit einer inkompressiblen Flüssigkeit als Wärmeträger gefüllt, in welches in Strömungsrichtung hintereinander eine Pumpe für genannte Flüssigkeit sowie ein Leitungswiderstand eingefügt sind, wobei die Pumpe über eine Arbeitswelle durch kinetische Energie getrieben wird.

Außerdem ist eine Anordnung zur Erzeugung von Reibungswärme bekannt (DE 28 43 399 A1), bei der eine Pumpe Flüssigkeit in einen geschlossenen Kreislauf fördert. Genannte Reibungswärme wird durch ein sogenanntes Äquivalenzrohr, ausgebildet als Einzelrohr, Rohrbündel oder Rohrkanäle in Wärmeplatten, erzeugt, indem der Wärmeträger Öl durch dieses, einen Widerstand bildendes, Äquivalenzrohr gedrückt wird. Genanntes Äquivalenzrohr ist in einem mit Wasser gefüllten Wärmetauscher angeordnet, der in den separaten Heizungskreislauf eingebunden ist. Der geschlossene Kreislauf für den Wärmeträger Öl ist dabei in bekannter Weise mit einem Druckbegrenzungsventil abgesichert.

Weiterhin ist eine Anordnung zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie bekannt (DE 31 00 810 A1), welche zum Betreiben von Heizungsanlagen in Gebäuden dient. Mittels eines Elektromotors wird eine Pumpe betrieben, die Öl als Wärmeträger in einen Pumpenkreislauf einspeist. In diesem Pumpenkreislauf ist eine Düse derart angeordnet, daß genanntes Öl vor der Düse komprimiert und in Strömungsrichtung hinter dieser Düse einem Wärmetauscher zugeführt wird. Die so erzeugte Kompressionswärme wird dem Öl durch diesen Wärmetauscher entzogen und in Wärmeenergie umgewandelt.

Schließlich ist ein Heizsystem mit Antriebsvorrichtung und Heizelementen bekannt (DE 36 32 658 A1), die von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt werden. Genannte Antriebsvorrichtung, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, betätigt eine Hydraulikpumpe oder ein Hydraulikgetriebe, deren Hydrauliköl als Wärmeträger dient. Bei Verwendung eines Hydraulikgetriebes wird neben der Wärme, erzeugt durch mechanische Verluste in der Verstellpumpe, zusätzlich elektrischer Strom über einen Generator produziert, der vom Verstellmotor des Hydraulikgetriebes angetrieben wird. Der Wärmeträger Öl wird über eine separate Leitung zu einer Heizungsanlage transportiert und mittels Umweltpumpe in den Heizkreislauf eingespeist sowie zum Ölbehälter zurückgeführt.

Die Heizsysteme des bekannten Standes der Technik basieren auf der Erkenntnis, einen Wärmeträger Öl mittels Hydropumpe gegen einen Widerstand zu drücken/fördern, d. h. elektrische oder kinetische Energie über genannten Widerstand in Wärme umzuwandeln und damit das Öl in einem Behälter des hydraulischen Heizsystems zu erwärmen.

Bei Verwendung einer Konstantpumpe, die über eine Druckleitung gegen einen Widerstand arbeitet, ist ein temperaturabhängiger Viskositätsausgleich des Wärmeträgers Öl nicht gegeben, und somit sind Leistungsverluste vorprogrammiert.

Kaltes Öl mit einer hohen Viskosität erzeugt Leistungsverluste, die sich in einem unzureichenden Wirkungsgrad des Elektromotors, d. h. der eingesetzten Elektroenergie ausdrücken. Mit unvertretbar hohem Aufwand an Ventil- und Meßtechnik wäre es möglich, die temperaturabhängigen Viskositätsunterschiede und damit die Durchlaßmenge am Widerstand in der Druckleitung anzupassen und Leistungsverluste zu kompensieren. Gleiches ist mit dem Einsatz einer Regelpumpe möglich, deren Fördermenge in Abhängigkeit der Viskosität des Wärmeträgers einstellbar ist. Dies erfordert in gleicher Weise einen hohen Kostenaufwand, Störanfälligkeit sowie zu große Abmessungen der Hydropumpe und damit des gesamten Aggregates zur Wärmeerzeugung.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Heizungssystems zur Umwandlung von Elektroenergie in Wärmeenergie, das die Wärmeerzeugung in effektiver Weise und unabhängig von der Viskosität des Wärmeträgers gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Druckölstrom der Hydropumpe über einen Stromteilpunkt in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt und durch in Zweigleitungen angeordnete Drosselstellen erwärmt wird.

Eine derartige Wandlung von hydraulischer Energie in Wärmeenergie vermeidet die hohe Energiedichte, wie dies regelmäßig bei Systemen mit nur einer Drosselstelle auftritt. Mit der erfindungsgemäßen Teilung des Druckölstromes sowie des damit möglichen Einsatzes mehrerer Drosselstellen wird eine gleichmäßige Energieumwandlung gesichert und ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad erreicht. Mehrere Teilströme sichern über ihre jeweiligen Drosselstellen bei gleicher eingesetzter Energiemenge eine wesentlich bessere Wärmenutzung als die bekannten Systeme. Außerdem garantiert die damit mögliche vergleichsweise niedrige Energiedichte eine langfristige Sicherung der chemischen Eigenschaften des Wärmeträgers Öl, da der reduzierte Druck sowie die geringere Temperatur an der Drosselstelle eine Schwärzung bzw. Alterung des Öles durch Ausscheidung von Asphalt weitestgehend vermeidet. Die dadurch mögliche Verlängerung der Einsatzdauer des Wärmeträgers Öl ist von großer wirtschaftlicher sowie umweltpolitischer Bedeutung beim Einsatz derartiger Heizungssysteme.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Heizungssystemes wird der Druckölstrom nach dem Stromteilpunkt in zwei Teilströme mit jeweils gleichen Mengenanteilen aufgeteilt, so daß jede Drosselstelle 50% des Ölstromes durchläuft. Damit wird eine starke Viskositätsänderung des Wärmeträgers Öl und daraus resultierende große Druckänderungen vermieden, da der Druckstrom über zwei Drosselstellen gleichmäßig verteilt wird. Durch gleiche Teilung des Volumenstromes auf zwei separate Drosselstellen wird eine Kompensation der Wirkdrücke und damit eine geringere Druckdifferenz erreicht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Drosselstelle der ersten Zweigleitung als Druckventil in Form eines federbelasteten Kolbenventiles ausgebildet, während die Drosselstelle der zweiten Zweigleitung als Stromstellventil mit nachgeschalteter Druckwaage bzw. als Konstantdrossel realisiert wird. Obwohl die zweite Drosselstelle mit nachgeschalteter Druckwaage einen starken Druckanstieg bei niedrigeren Temperaturen bringen würde, kann dieser durch das direkte Abgleichen der ersten Drosselstelle über den gegen eine Feder wirkenden druckbelasteten Kolben nahezu vollständig abgebaut werden.

Aus Sicherheitsgründen ist es erforderlich, vom Stromteilpunkt eine weitere Zweigleitung zu einem Druckventil zu führen, welches sich während der Normalarbeit des Tauch-Aggregates ständig in Ruhestellung befindet. Bei schlagartiger Überlastung der Anlage, d. h. bei zu hohem Druckanstieg, öffnet dieses Druckventil, begrenzt den Druck und schützt diese Anlage vor Druckschäden.

Als äußerst vorteilhaft hat sich die Anordnung aller benötigten Ventile sowie der sie verbindenden Leitungen in einem kompakten Steuerblock/Ventilblock erwiesen, wodurch Rohrleitungen, Bauraum sowie Montagearbeiten gespart werden. Die gleichmäßige Verkettung aller Ventile durch gleichbleibende Einbaulage untereinander gewährleistet in vorteilhafter Weise die abhängige Funktion dieser Ventile.

Die zum Einsatz kommende Hydropumpe ist aus praktischen Erwägungen als konstanter Druckölstromerzeuger ausgebildet, da ein konstanter Volumenstrom immer gleiche Funktionswerte allen Gliedern der Anlage sichert. Neben wirtschaftlichen Erwägungen beim Einsatz derartiger Hydropumpen ist auch deren Funktionssicherheit bei wartungsfreiem Betrieb/Dauerbetrieb in erfindungsgemäßen Heizungssystemen von besonderer Bedeutung.

Die Hydropumpe, der Elektromotor sowie der Steuerblock/Ventilblock sind als Antriebseinheit ausgebildet und als Tauch- Aggregat im Behälter angeordnet. All diese Funktionsteile im Wärmeträger Öl unterzubringen, sichert einen ausgezeichneten Gesamtwirkungsgrad, da alle auftretenden Energieverluste, wie beispielsweise Reibungswärme und Leckölströme direkt zur guten Wärmebilanz des Wärmeträgers Öl beitragen. Außerdem werden durch diese Anordnung alle Funktionsteile dauerhaft und wartungsfrei geschmiert.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei die Zeichnungen folgendes darstellen:

Fig. 1 die prinzipielle Ausführung des Heizungssystems, bestehend aus Hydraulik-Aggregat und Wärmetauscher,

Fig. 2 die schaltungstechnische Anordnung aller Komponenten des Hydraulik-Aggregates.

Zu Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Heizungssystemes gezeigt, welches einen geschlossenen Behälter 1 für einen flüssigen Wärmeträger 2 aufweist, der als hydraulisches Medium fungiert.

Eine Antriebseinheit, bestehend aus Elektromotor 3 und Hydropumpe 4 mit vorzugsweise konstantem Hubvolumen, ist als Unteröl- Aggregat ausgebildet und im Behälter 1, ausgebildet als Thermobehälter, auf an sich bekannte Art elastisch befestigt. Genannte Hydropumpe 4 besitzt eine mit Filter 5 versehene Saugleitung 6, während die Druckseite derselben über einen Ventilblock 7 sowie eine Abströmleitung 8 mit dem Wärmeträger 2 verbunden ist bzw. in diesen einbindet.

Der Ventilblock 7 beinhaltet in vorteilhafter Weise die bauliche und schaltungstechnische Anordnung aller notwendigen Ventile zur Realisierung des hydraulischen Kreislaufes. Hierzu führt von der Hydropumpe 4, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Druckleitung 9 zu einem Stromteilpunkt 10, der den Volumenstrom in vorzugsweise mindestens zwei gleich große Teilströme halbiert und über Zweigleitungen 11, 12 an je eine, einen Widerstand bildende, Drosselstelle 13, 14 führt und die hydraulische Energie in Wärme umwandelt.

Diese erzeugte Wärmeenergie wird in Form warmen hydraulischen Mediums (Hydrauliköl) über die Abströmleitung 8 dem Inneren des Behälters 1 zugeführt, wodurch die Temperatur des Wärmeträgers 2 erhöht bzw. in der gewünschten Höhe gehalten wird. Von der Drosselstelle 13 führt eine Verbindung 15 zur Abströmleitung 8, welche am Ausgang der anderen Drosselstelle 14 angeschlossen ist. In vorliegendem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die eine Drosselstelle 13 als Druckventil ausgebildet in Form eines federbelasteten Kolbenventiles, welches als Überströmventil arbeitet. Die andere Drosselstelle 14 nach dem Stromteilpunkt 10 ist als Stromstellventil in Form eines Drosselventiles mit nachgeschalteter Druckwaage oder als Konstantdrossel ausgebildet.

Aus Sicherheitsgründen führt vom Stromteilpunkt 10 eine weitere Zweigleitung 16 zu einem Druckventil 17, welches bei Überschreiten einer bestimmten Druckhöhe in der Druckleitung 9 in den Behälter 1 absteuert. Um eine Zirkulation des flüssigen Wärmeträgers 2 innerhalb des Behälters 1 im Sinne einer effektiven Erwärmung dieses Öles zu sichern, sind Saugleitung 6 und Abströmleitung 8 des Hydraulik-Aggregates in entgegengesetzter Richtung angeordnet.

Ein für das Heizungssystem notwendiger Wärmetauscher 18 ist mit einem Wärmeträger 19 in Form von Wasser gefüllt, dessen spiralförmiges Heizelement 20 über eine Umwälzpumpe 21 mit dem Inneren des Behälters 1 des Hydraulik-Aggregates verbunden ist. Diese Umwälzpumpe 21 fördert den Wärmeträger 2 in Form von heißem Öl über das Heizelement 20 zurück in den Behälter 1, wodurch warmes Brauchwasser in Form des Wärmeträgers 19 erzeugt wird und für Heizungszwecke zur Verfügung steht. Dieses warme Brauchwasser wird innerhalb eines separaten Kreislaufes in bekannter Weise einer Heizungsanlage, beispielsweise in einem Gebäude, zugeführt.

Bezugszeichenliste

 1 Behälter
 2 Wärmeträger
 3 Elektromotor
 4 Hydropumpe
 5 Filter
 6 Saugleitung
 7 Ventilblock
 8 Abströmleitung
 9 Druckleitung
10 Stromteilpunkt
11 Zweigleitung
12 Zweigleitung
13 Drosselstelle
14 Drosselstelle
15 Verbindung
16 Zweigleitung
17 Druckventil
18 Wärmetauscher
19 Wärmeträger
20 Heizelement
21 Umwälzpumpe

Claims (7)

1. Heizungssystem zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie, mit einer an bzw. in einem Behälter für Öl angeordneten Hydropumpe zur Erzeugung eines im Kreislauf geführten Druckölstromes, dessen hydraulische Energie über eine Drosselstelle in Wärme gewandelt wird, welche zur Aufheizung dieses als Wärmeträger dienenden Öles im Behälter genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckölstrom der Hydropumpe (4) über einen Stromteilpunkt (10) in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt und durch in Zweigleitungen (11, 12) angeordnete Drosselstellen (13, 14) erwärmt wird.

2. Heizungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckölstrom der Hydropumpe (4) nach dem Stromteilpunkt (10) beide Drosselstellen (13, 14) zu gleichen Teilen durchläuft.

3. Heizungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Drosselstelle (13) in der Zweigleitung (11) als Druckventil in Form eines federbelasteten Kolbenventiles und die andere Drosselstelle (14) in der Zweigleitung (12) als Stromstellventil mit nachgeschalteter Druckwaage oder als Konstantdrossel ausgebildet ist.

4. Heizungssystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Stromteilpunkt (10) eine weitere Zweigleitung (16) zu einem Druckventil (17) führt, welches als Sicherheitsventil fungiert.

5. Heizungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen (13, 14) und das Druckventil (17) sowie die Zweigleitungen (11, 12, 16) in einem kompakten als Steuerblock dienenden Ventilblock (7) angeordnet sind.

6. Heizungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe (4) als konstanter Druckölstromerzeuger ausgebildet ist.

7. Heizungssystem nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe (4) mit einem Elektromotor (3) und einem Ventilblock (7) als Antriebseinheit ausgebildet und als Tauchaggregat im Behälter (1) angeordnet ist.