DE876882C

DE876882C - System for heating a heat exchanger

Info

Publication number: DE876882C
Application number: DEE1755D
Authority: DE
Original assignee: Escher Wyss Maschinenfabriken GmbH
Current assignee: Escher Wyss Maschinenfabriken GmbH
Priority date: 1941-05-31
Filing date: 1942-05-05
Publication date: 1953-05-18

Description

Anlage zum Heizen eines Wärmeträgers Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Heizen eines Wärmeträgers, welche eine mindestens zeitweise von einer W ,.ärmekraftmaschine angetriebene Wärmepumpe aufweist und in welcher der Wärmeträger in einer unteren Stufe mittels von der Wärmepumpe geförderter Wärme vorgewärmt und in einer oberen Stufe durdh Abwärme der die Wärmepumpe antreibenden Wärmekraftmaschine weitererwärmt wird.System for heating a heat transfer medium The invention relates to a system for heating a heat transfer medium, which is at least temporarily from a W, .ärmekraftmaschine having driven heat pump and in which the heat transfer medium in a lower Stage preheated by means of heat conveyed by the heat pump and in an upper one Stage further heated by waste heat from the heat engine driving the heat pump will.

Die Wirtschaftlichkeit derartiger Anlagenhängt in hohem Maße von den Kosten der Energie ab, die für den Antrieb der Wärmepumpe aufzuwenden ist. Um dem Rechnung zu tragen, weist eineAnlage nach der Erfindung einen Wärmespeicher auf, welcher die Energie für die die Wärmepumpe mindestens zeitweise antreibende,Masdhine liefert. Ein solcher Speicher bietet die `Möglichkeit, z. B. im Sommer im ilberschuß zur Verfügung stehende hydraulische Energie in Wärme zu verwandeln und in dieser Form aufzuspeichern. Diese aufgespeicherte Wärme steht im Winter, also zu einem Zeitpunkt, wo hydraulische Energie knapp ist, zum Betrieb der die Wärmepumpe antreibenden Wärmehraftmaschine zur Verfügung. Die Anlage gemäß der Erfindung bietet somit die Möglichkeit,- z. B. im Sommer verfügbare elektrische Abfallenergie ,und eine weitere mittels eines Teiles .derselben von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau gehobene Wärmemenge im Winter zu Heizzwecken zu verwenden. ln der Zeichnung -sind zwei Ausführungsbeispiele von - Anlagen nach der Erfindung in vereinfachter Darstelfungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i eine Anlage, bei welcher die Wärmepumpe ihren Antrieb nur von einer Wärmekraftmaschine erhält, und Fig. 2 eine Anlage, in welcher für den Antrieb der Wärmepumpe noch eine zusätzliche Hilfsantriebsmaschine vorgesehen ist.The economy of such systems depends to a large extent on the Cost of the energy that has to be used to drive the heat pump. To that To take into account, a system according to the invention has a heat accumulator, which the energy for the heat pump at least temporarily driving, Masdhine supplies. Such a memory offers the possibility of e.g. B. in the summer in excess to convert available hydraulic energy into heat and in this Save form. This stored heat is available in winter, so to one Point in time when hydraulic energy is scarce to operate the heat pump Thermal machine available. The system according to the invention thus offers the Possibility - z. B. waste electrical energy available in summer, and one more by means of a part .the same from a low to a higher temperature level to use high amounts of heat in winter for heating purposes. ln the Drawing -are two exemplary embodiments of - systems according to the invention in simplified form Illustrated by way of illustration, namely Fig. I shows a system in which the heat pump receives its drive only from a heat engine, and FIG. 2 a system in which an additional auxiliary drive machine is used to drive the heat pump is provided.

In Fig. i bezeichnet ,i eine Leitung eines geschlossenen Kreislaufes, in welchem ein zu heizender Wärmeträger, vorzugsweise Wasser, umgewälzt wird. An diesen Kreislauf können -in nicht gezeigter Weise z. B. Warmwasserheizkörper von Gebäuden angeschlossen sein. Das Aufheizen des die Leitung i durchströmenden Wärmeträgers erfolgt vornehmlich in zwei Stufen, nämlich-in einer unterenStufea und einer oberen Stufe 3. In der Stufe t2 wird dem Wärmeträger die Wärme abgegeben, welche eine Wärmepumpe 4 auf ein höheres Niveau !hebt. Diese Wärme wind in einem Verdampfer 5 einer natür-IichenWärmequelle, z. B. einer- durch eine Leitung6 fl 1 ießenden Grundwassermenge, entzogen. 7 bezeichnet einen weiteren Wärmeaustauscher für das. Arbeitsmittel, das den geschlossenen Kreislauf der Wärmepumpengruppedurchläuft; in diesem Wärmeaustauscher 7 gibt das erwähnte Arbeitsmittel auch noch Wärme an den die Leitung ti durchströmenden Wärmeträger ab. Die Wärmepumpe 4 erhält ihren Antrieb von einer Wärmekraftmaschine B. Das Treibmittel dieser Maschine 8 durchläuft einen geschlossenen Kreislauf, der einmal ein in einem Wärmespeicher 9 untergebrachtes Röhrensystem i.o und ferner Verbindungsleitungen i i und 12 aufweist. Der Umlauf des Treibmittels ist dabei so geregelt, daß dieses hinsichtlich Temperatur und Druck in dem für den Betrieb der Maschine 8 erforderlichen Zustand aus dem Röhrensystem i.o austritt. In die Leitung 12 ist die weiter oben erwähnte obere Heizstufe 3 für den Wärmeträger eingeschaltet; in dieser Stufe gibt das aus -der WärmekraStmaschine 8 ausströmende Treibmittel mindestens einen Teil seiner Abwärme an den die Leitungli durchströmenden, aufzuheizenden Wärmeträger ab.In FIG. I, i denotes a line of a closed circuit in which a heat transfer medium to be heated, preferably water, is circulated. On this circuit can -in a manner not shown z. B. Hot water radiators of buildings can be connected. The heating of the heat transfer medium flowing through the line i takes place primarily in two stages, namely in a lower stage a and an upper stage 3. In stage t2, the heat transfer medium is given off, which a heat pump 4 raises to a higher level! This heat winds in an evaporator 5 of a natural heat source, e.g. B. an amount of groundwater flowing through a line6 fl 1 withdrawn. 7 denotes a further heat exchanger for the working medium which passes through the closed circuit of the heat pump group; In this heat exchanger 7, the working fluid mentioned also gives off heat to the heat transfer medium flowing through the line ti. The heat pump 4 receives its drive from a heat engine B. The propellant of this machine 8 runs through a closed circuit which has a tube system io housed in a heat accumulator 9 and also connecting lines ii and 12. The circulation of the propellant is regulated in such a way that it emerges from the pipe system io with regard to temperature and pressure in the state required for the operation of the machine 8. In line 12, the above-mentioned upper heating stage 3 for the heat transfer medium is switched on; In this stage, the propellant flowing out of the thermal power machine 8 emits at least part of its waste heat to the heat transfer medium flowing through the conduits and to be heated.

Als Treibmittel für die Antriebsmaschine 8 der Wärmepumpe 4. kann Wasserdampf, ein Gas u. dgl. zur Verwendung kommen. Diese Maschine kann daher als- Dampfturbine, Kolbendampfmaschine, Gasturbine ir. dgl. ausgebildet sein.As a propellant for the drive machine 8 of the heat pump 4 Steam, a gas and the like can be used. This machine can therefore be used as Steam turbine, piston steam engine, gas turbine ir. The like. Be designed.

Zum Aufladen .des Wärmespeichers 9 wird am zweckmäßigsten im Sommer verfügbare, durch Ausnutzung von @W iasserkräften erzeugte elektrische Abfallenergie, verwendet. In diesem Falle sind dann im Wärmespeicher 9 noch zu dessen Aufladen dienende elektrische Leitungen 91 unterzubringen. Als Material zum Ausfüllen des Speichers 9 'können vor allem billige; feste Stoffe in Betracht kommen, wie S'and, Gestein oder Erdreich, -nicht abbauwürdige Eisenerze, Abfalleisen u. dgl. Der Vorzug wird immer einem Material zu geben sein, das bei kleinstem Volumen eine große Wärmemenge speichern kann und im Preise möglichst tief steht. Je höher die Temperatur im Wärmespeicher 9 -ist, um so höher ist das für die Antriebsmaschine 8 der Wärmepumpe 4 zur Verfügung stehende Wärmegefälle, und um so mehr Energie läßt sich auch im Wärmespeicher aufspeichern.For charging .des heat accumulator 9 is most expedient in summer available waste electrical energy generated by utilizing hydropower, used. In this case, the heat accumulator 9 still has to be charged Serving electrical lines 91 accommodate. As a material to fill in the Memory 9 'can mainly be cheap; solid substances come into consideration, such as sand, Rock or earth, non-mineable iron ores, scrap iron and the like. The preference will always have to be given to a material that has a large amount of heat in the smallest volume can save and is in the price as low as possible. The higher the temperature in the heat storage tank 9 - is, the higher is the available for the drive machine 8 of the heat pump 4 standing heat gradient, and the more energy can also be stored in the heat accumulator.

Als beispielsweise Richtlinie sei angeführt, daß der Wärmeträger in der unteren Stufe 2 in der Übergangszeit um etwa io°, also bei einer Rücklaüftemperatur des Wärmeträgers von z. B. 28 auf 38°, und in der oberen Stufe 3 um etwa 7°, also auf 45° erwärmt werden kann, bei strenger Kälte dagegen in der unteren Stufe :2 bei 30° Rücklauftemperatur um 23° und in der oberen Stufe 3 um etwa 2#;,>°, so daß im zweiten Falle die Temperatur des Wärmeträgers beim Verlassen der zweiten Stufe 3 etwa 75° betragen kann.As a guideline, for example, it should be mentioned that the heat transfer medium in the lower level 2 in the transition period by about io °, i.e. at a return temperature the heat carrier of z. B. 28 to 38 °, and in the upper level 3 by about 7 °, so can be heated to 45 °, in extreme cold, however, in the lower level: 2 at 30 ° return temperature by 23 ° and in the upper stage 3 by about 2 #;,> °, so that in the second case, the temperature of the heat transfer medium when it leaves the second stage 3 can be about 75 °.

Unter Umständen kann ein Teil der von der Wärmekraftma:schi.ne 8 erzeugten Energie zum Antreiben eines Generators verwendet werden, wobei der Generatorstrom an ein Netz abgegeben werden kann. Ferner kann -das im Wärmespeicher vorzusehende Röhrensystem, in welchem das Treibmittel der Wärmekraftmaschine zu erhitzen ist, gleichzeitig den elektrischen Widerstand für den Strom bilden, der zum Aufladen des Speichers mit Energie dient.Under certain circumstances, some of the energy generated by the thermal power machine 8 Energy used to drive a generator is the generator current can be delivered to a network. Furthermore, this can be provided in the heat accumulator Pipe system in which the propellant of the heat engine is to be heated, at the same time form the electrical resistance for the current required for charging of the memory is used with energy.

Die in Fig. i2. gezeigte Anlage unterscheidet sich von der in Fig. i gezeigten lediglich dadurch, daß der Wärmepumpe 13 außer der Wärmekraftmasehine,i@4 noch eine Hilfsantriebsmaschine 15 zugeordnet ist. Zwischen .der Wärmepumpe 13 und den Maschinen 14, 15 ist je eine ausrückbare Kupplung r6 bzw. 17 vorgesehen, so daß sich dieWärmepumpe 13 auch unabhängig ,von der W'ärmekraftmaschine 14 betätigen läßt. In letzterem Fall findet eine Aufwärmung des durch die Leitung li8 zuströmenden Wärmeträgers nur in der Stufe@ig statt, was in Übergangszeiten durchaus genügen kann, so daß die im Speicher 2o aufgespeicherte Energie ausschließlich für Zeiten aufgespart werden kann, wo keine billige Energie mehr zur Verfügung steht.The in Fig. I2. The system shown differs from the one in Fig. i shown only in that the heat pump 13 apart from the heat engine, i @ 4 an auxiliary drive machine 15 is also assigned. Between .the heat pump 13 and the machines 14, 15 are each provided with a disengageable clutch r6 or 17, see above that the heat pump 13 also operate independently of the heat engine 14 leaves. In the latter case there is a warming up of the flowing in through the line li8 Heat transfer medium only in the @ ig stage, which is quite sufficient in transitional periods can, so that the energy stored in the memory 2o only for times can be saved where there is no longer any cheap energy available.

Claims

PATENT CLAIM: i. System for heating a heat transfer medium, which a has at least temporarily driven by a heat engine heat pump and in which the heat transfer medium in a lower stage by means of the heat pump promoted heat and preheated in an upper stage by waste heat from the heat pump driving heat engine is further heated, characterized in that a heat storage (9 or 2o) the energy for the heat pump (.l or .13) at least temporarily driving machine (8 or: iq.) supplies.

2. Plant according to claim i, characterized in that the heat accumulator (9 or 2o) by means of hydraulic Excess energy can be charged. is.

3. Plant according to Claim.i or 2, characterized in that the heat accumulator (9) is filled with solid substances and in the same electrical lines (91) for charging and a tube system (io) are installed for discharging, the latter forms part of a closed circuit (1.i, 12) for the working fluid of the drive machine (8) of the heat pump (, 4).

4. Plant according to claim i or 2, characterized in that the heat accumulator is filled with solid substances and a tube system is installed in the same, which forms both the electrical resistance for the current with which the memory is to be charged, as well as part of the closed circuit through which the working fluid of the drive machine of the heat pump runs.

5. Attachment to one of claims i to 4, characterized in that the energy from the Heat accumulator (9) receiving thermal power machine (8) also has energy for the drive a power generator supplies.

6. Plant according to one of claims i to 5, characterized characterized in that an auxiliary drive machine (i5) is assigned to the heat pump (i3) is so that it is independent of its energy from the heat storage (2o) receiving machine (i4.) can be operated. Printed publications: Swiss U.S. Patent No. 57,444; German patent specification No. 249 git6.