DE9421268U1

DE9421268U1 - Anlage zur Nutzbarmachung von insbesondere regenerativer Energie

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Publication number: DE9421268U1
Application number: DE9421268U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1994-07-04
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2004-07-05

Description

Anmelder:

Matthias Barth
Unter der Kirche 1

79730 Hänner

Anlage zur Nutzbarmachung von insbesondere regenerativer Energie

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzbarmachung von regenerativer Energie aus der Umwelt z.B. zur Erzeugung von Wärme, insbesondere aus Sonnenenergie mittels einer oder mehrerer Wärmepumpe(n) , die entsprechend der benötigten Heizenergie für z. B. ein Wohnhaus ausgelegt werden kann (können).

Es sind bereits Anlagen bzw. Heizungsanlagen bekannt, die durch eine oder mehrere Wärmepumpe(&eegr;) der Umgebung Wärmeenergie entziehen. Hierbei wird das flüssige oder gasförmige Übertragungsmedium wie beispielsweise Propan, Stickstoff, Frigen oder dergleichen mittels Kollektoren oder Wärmetauschern an der Umgebung erwärmt. Das Übertragungsmedium sollte nach der Erwärmung durch die Umgebung gasförmigen Aggregatzustand aufweisen, um im Anschluß daran komprimiert werden zu können. Liegt das Medium in diesem Stadium mangels ausreichender Umgebungswärme nicht in gasförmigem Zustand vor, muß Energie in Form von z. B. elektrischer Energie zugeführt werden, um einen gasförmigen Zustand des Übertragungsmediums zu erzwingen. Das gasförmige Übertragungsmedium wird anschließend komprimiert, um ein höheres Energieniveau zu erzielen, da das ursprüngliche Energieniveau für Heiz- bzw. Wärmezwecke nicht ausreichend ist.

Durch das Funktionsprinzip dieser Anlagen hängt der Wirkungsgrad sehr stark von dem Verhältnis zwischen Außen- bzw. Umgebungstemperatur und der gewünschten Heiztemperatur ab. Niedrige

_ Außentemperaturen (&zgr;. B. im Winter) führen somit zu einer starken Minderung des Wirkungsgrades.

Einen weiteren Nachteil stellt das genutzte Medium an sich dar. Bei Defekten innerhalb der Anlagen kann es zu Schädiungen der Umwelt kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs erwähnten Art zur Erzeugung von Wärme, vorzugsweise zur Nutzung zum Betrieb einer vorzugsweise monovalenten Heizung und/oder zur Erwärmung von Gebrauchswasser zu schaffen, die gegenüber den bisher bekannten Anlagen einen gleichmäßigen und/oder höheren Wirkungsgrad erzielt. Auch sollen Belastungen der Umwelt bei einem Defekt innerhalb der Anlage durch Einsatz eines entsprechenden Mediums stark reduziert oder gar beseitigt werden.

Die Lösung dieser scheinbar widersprüchlichen Aufgabe - höhere Effektivität bei geringerer beziehungsweiser keinerlei Umweltbelastung - besteht darin, daß als Übertragungsmedium vorzugsweise Luft oder ein ähnliches, umweltverträgliches Gas bzw. Gasgemisch eingesetzt werden kann, das nicht zwingend während des ganzen Vorganges im gleichen Aggregatzustand vorliegen muß. Grundlage der Erfindung bilden die Gesetze von R. Boyle und E. Mariotte sowie L. J. Gay-Lussac, die besagen, daß zum einen das Produkt aus Druck und Volumen einer bestimmten Gasmenge bei gegebener Temperatur konstant und zum anderen das Volumen einer bestimmten Gasmenge bei konstantem Druck, und der Druck dieses Gases bei konstantem Volumen, der Temperatur direkt porportional ist.

Während des Einsatzes der erfindungsgemäßen Anlage wird das Übertragungsmedium unter einem Druck von vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Bar durch einen Kollektor, insbesondere einen Sonnenkollektor, geleitet, erwärmt und gelangt anschließend in eine Vakuumpumpe. Der Vorteil des oben genannten Druckverhältnisses besteht darin, daß das Übertragungsmedium entsprechend der oben ausgeführten Gasgesetze auch bei niedrigen Außentemperaturen der Umwelt noch genügend Wäremenergie entziehen kann, um diese im weiteren Verlauf

für Heizzwecke nutzen zu können. So können auch bei Außentemperaturen kleiner als -20° Celsius noch gute Wärmeergebnisse erzielt werden und somit auf den Einsatz anderer Energieformen als Heizquellen weitestgehend verzichtet werden. Hierzu kann der Arbeitsdruck innerhalb des Kollektors entsprechend des Bedarfes an Wärmeenergie gewählt werden, oder die Einschaltdauer der Vakuumpumpe bedarfsweise variiert werden.

Nach der Erwärmung des Übertragungsmediums in dem oder den Kollketor(en) wird dieses mittels der Vakuumpumpe auf normalen Druck zurücktransferiert. Zweckmäßiger Weise kann gleichzeitig die Abwärme der Vakuumpumpe selbst zur weiteren Erwärmung des Übertragungsmediums genutzt werden. Durch die durch die Vakuumpumpe bewirkte Expansion des Übertragungsmediums auf Umgebungsdruck wird dieses weiter erwärmt und gelangt durch Transportmedien, insbesondere isolierte Rohrleitungen, anschließend in einen oder mehrere Wärmetauscher, wo es dazu genutzt werden kann, ein weiteres Medium, insbesondere Wasser entsprechend des Bedarfes als Heizmedium oder Gebrauchswasser zu erwärmen.

Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers, in dem das Übertragungsmedium einen Teil seiner Energie in Form von Wärme abgegeben hat, wird es über vorzugsweise isolierte Transportmedien durch ein vor dem oder den Kollektor(en) angeordnetes Ventil wiederum mit einem Druck von vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Bar durch den beziehungsweise die Kollektor(en) geleitet.

Eine Ausgestaltung der Erfindung zur Erwärmung von Gebrauchswasser sieht vor, daß die Anordnung von Brauchwasserleitungen innerhalb des Wärmetauschers einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen, damit das Wasser genügend lange Zeit innerhalb des Wärmetauschers verbleibt, um sich entsprechend der Vogaben zu erwärmen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zusätzlich zu den bereits erwähnten Komponenten eine Heizschlange oder dergleichen Zusatzheizeinrichtung angeordnet ist, die als Notheizung für den Fall herangezogen werden kann, daß bei extremen Bedingungen, für die die entsprechende Anlage nicht ausgelegt wurde

und/oder extrem hohem Warmwasserverbrauch, die Heizleistung der Anlage nicht ausreicht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß mehrere Wärmetauscher zur Erwärmung von Gebrauchswasser und/oder eines Heizmediums hintereinandergeschaltet oder parallel zueinander sind.

Zweckmäßiger Weise kann der Anlage ein Feuchtigkeistabscheider zugeordnet sein, der vorzugsweise nach der Vakuumpumpe angeordnet ist, da dort die Temperatur des Transportmediums das höchste Niveau erreicht. Der Feuchtigkeistabscheider dient dazu, dem gasförmigen Übertragungsmedium Feuchtigkeit zu entziehen, um eine erhöhte Lebensdauer der Anlage zu erzielen.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt in teilweiser schematischer Form:

Fig. 1 eine Darstellung der Anlage in Form eines geschlossenen Kreislaufes durch die das Übertragungsmedium ausgehend von dem Kollektor in die durch den Pfeil PFl gekennzeichnete Richtung strömt,

Fig. 2 eine Darstellung der Anlage, zur Erwärmung von Gebrauchswasser,

Fig. 3 eine Darstellung der Anlage gemäß Figur 2 mit zusätzlicher Heizeinrichtung und

Fig. 4 eine Darstellung der Anlage entsprechend Figur 2 jedoch mit einem zusätzlichen Wärmetauscher für den Betrieb als Heizung.

Ein vorzugsweise gasförmiges Medium durchströmt die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Anlage ausgehend von dem oder den Kollektoren 1 in Richtung des Pfeiles PFl. Als Übertragungsmedium wird vorzugsweise Luft oder ein ähnliches, umweltverträgliches Gas bzw.

Gasgemisch eingesetzt werden, das während des gesamten Vorganges nicht zwingend im gleichen Aggregatzustand vorliegen muß. Das Übertragungsmedium wird unter einem Druck von vorzugsweise 0,2 bis 0,6 bar durch den oder die Kollektoren 1, insbesondere einen Sonnenkollektor, geleitet. Dabei wird im Idealfall das Medium bei konstantem Druck auf die Außentemperatur erwärmt. Anschließend gelangt das derart erwärmte Übertragungsmedium durch eine vorzugsweise isolierte Rohr- oder Schlauchleitung 5a in die Vakuumpumpe 2. Zweckmäßiger Weise wird die Abwärme der Vakuumpumpe 2 dem Übertragungsmedium vor dem Eintritt in die Vakuumpumpe 2 zugeführt. In der Vakuumpumpe 2 wird der Druck des Übertragungsmediums auf den Umgebungsdruck erhöht. Hierdurch erhöht

^fc sich linear die Temperatur des Übertragungsmediums.

Gemäß Figur 1 kann nach der Vakuumpumpe ein Abscheider 7 angeordnet sein, der dem Übertragungsmedium Feuchtigkeit entzieht. Dies hat zum Ziel, die Lebensdauer der gesamten Anlage zu erhöhen. Wird dem Übertragungsmedium bereits vor dem Einsatz in der geschlossenen Anlage bereits die Feuchtigkeit entzogen, kann auf den Abscheider 7 verzichtet werden.

Gemäß den Figuren 1 bis 4 wird das Übertragungsmedium wird nun über die Leitung 5c in einen oder mehrere hintereinandergeschaltete Wärmetauscher 3 eingeleitet. Hierbei gibt das Übertragungsmedium die Wärme an das zu erwärmende Medium wie zum Beispiel ^P Gebrauchwasser und/oder Heizmedium oder dergleichen ab.

In Figur 3 erkennt man zusätzlich eine Heizwendel 8, die als Notheizung für den Fall vorgesehen ist, daß die benötigte Energie

-0 größer als die durch die Auslegung der Anlage zu erreichende

Wärmeenergie ist. Diese Heizwendel wird vorzugsweise automatisch zugeschaltet.

Über weitere Rohrleitungen 5d wird das Übertragungsmedium zu einem regelbaren Ventil 4 geführt, welches vor dem oder den Kollektor(en) 1 angeordnet ist. Das Übertragungsmedium verläßt mit einem Druck von vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Bar das Ventil 4 und wird über die Zuleitung 5e dem oder den Kollektoren 1 zugeführt, womit der

_&ldquor; Kreislauf nun geschlossen ist und der vorbeschriebene Vorgang sich kontinuierlich wiederholt.

Figur 2 beschreibt eine Anlage gemäß Figur 1, die zur Erwärmung von Gebrauchswasser dient. Deutlich ist zu erkennen, daß die Zuleitung 9 beziehungsweise die Ableitung 10 für das Gebrauchswasser einen möglichst weiten Abstand voneinander aufweisen, um die Verweildauer des Gebrauchswassers innerhalb des Wärmetauschers möglichst groß zu halten, um eine entsprechende Erwärmung des Gebrauchswassers zu ermöglichen.

Figur 4 zeigt eine Anordnung gemäß Figur 1, bei der hinter die Wärmeeinrichtung für Gebrauchswasser 3a noch zusätzlich ein Wärmetauscher 3b zur Erwärmung eines Heizmediums angeordnet ist. Die Anordnung der einzelnen Wärmetauscher 3a, 3b ist dabei abhängig vom jeweils benötigten Temperaturniveau, das heißt vom jeweiligen Bedarf.

Der Durchmesser der insbesondere gasdichten Rohr- beziehungsweise Schlauchleitung 5a, 5b, 5c, 5d und 5e steht in direktem Zusammenhang mit der Leistungsfähigkeit der gesamten Anlage.

/Schutzansprüche

Claims

Schutzansprüche

&Kgr;. 1. Vorrichtung zur Nutzbarmachung von insbesondere regenerativer Wärmeenergie, mit wenigstens einer Pumpe (2) zum Umwälzen eines Übertragungsmediums in einem eine Hochdruckseite und

&Igr;, eine Niederdruckseite aufweisenden Kreislauf, wobei der

Kreislauf auf der Niederdruckseite zumindest einen Kollektor

(1) zur Wärmeaufnahme des Übertragungsmediums und auf der Hochdruckseite wenigstens einen Wärmetauscher (3) zur Wärmeabgabe des Übertragungsmediums aufweist und wobei die

:, Hochdruckseite mit der Niederdruckseite über eine

* i^ Drosselstelle (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsmedium ein Gas vorgesehen ist und daß das Gas an der Niederdruckseite des Kreislaufs einen geringeren Druck

:■: als Atmosphärendruck aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsmedium Luft oder dergleichen umweltverträgliches Gas oder ein in der Luft enthaltenes Gas, insbesondere N2 oder CO2 vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (1) vorzugsweise als Sonnenkollektor 5 ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium zur Ausnutzung der Abwärme der Pumpe (1) an der Niederdruckseite des Kreislaufs thermisch mit der Pumpe (2) gekoppelt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3a) einen^ vorzugsweise einen Einlaß- und einen Auslaß aufweisenden^ Brauchwasserbehälter hat und daß das Brauchwasser thermisch mit dem Übertragungsmedium gekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen des Übertragungsmediums ein

mit einer Heizung gekoppelter Wärmetauscher (3b) in den Kreislauf geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf zumindest einen Feuchtigkeitsabscheider (7) für das Übertragungsmedium aufweist und daß dieser vorzugsweise zwischen der Drosselstelle und dem Kollektor (1) angeordnet ist.

Matthias Barth