Hausenergieversorgungsanlage Domestic energy supply system
Die Erfindung betrifft eine Hausenergieversorgungsanlage, insbesondere zur Versorgung eines Hauses und/oder eines Fahrzeuges mit Strom und/oder Wärme und/oder Druckluft.The invention relates to a domestic energy supply system, in particular for supplying a house and / or a vehicle with electricity and / or heat and / or compressed air.
Zur Einsparung von Energie und zur Schonung der Ressourcen ist es wünschenswert für ein Haus eine möglichst effektive Energienutzung zu erzielen.To save energy and conserve resources, it is desirable for a house to achieve the most effective use of energy.
Aus der WO 2004 005676 Al ist ein wärmetechnisches Kraftwerk bekannt geworden, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke ausgenutzt wird, wobei ein innerer geschlossener Kreislauf vorgesehen ist, welcher Kreislauf wenigstens aus zwei zu einem Kreislauf verbundene Wärmetauscher aufweist, durch welche ein Medium zirkulieren kann, das insbesondere thermische Energie aufnehmen zu ver- mag, wobei die Wärmetauscher jeweils von außen im Inneren gekühlt oder beheizt werden können, wodurch diese wahlweise für das darin zirkulierende Medium als Verdampfer oder als Kondensator arbeiten können, wobei die Wärmequelle und die Wärmesenke jeweils entweder einem ersten Wärmetauscher oder einem zweiten Wärmetauscher zugeordnet werden können, wobei durch den durch die Wärmequelle und die Wärmesenke hervorgerufenen Temperaturunterschied der Wärmetauscher ein Transport vom Medium von einem Wärmetauscher zum anderen erfolgt .From WO 2004 005676 Al a heat engineering power plant has become known, in which a temperature difference between a heat source and a heat sink is exploited, wherein an inner closed circuit is provided, which circuit comprises at least two connected to a circuit heat exchanger through which a medium The heat exchangers can each be cooled or heated from the outside in the interior, as a result of which they can work either as an evaporator or as a condenser for the medium circulating therein, the heat source and the heat sink respectively can be assigned to either a first heat exchanger or a second heat exchanger, wherein carried by the caused by the heat source and the heat sink temperature difference of the heat exchanger, a transport from the medium from one heat exchanger to the other.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Hausenergieversorgungsanlage zur Verfügung zu stellen, bei der eine optimierte Energienutzung möglich ist, wobei insbesondere eine gegenüber demThe object of the invention is to provide a home energy supply system, in which an optimized use of energy is possible, in particular one compared to the
RFSTΔTir;! IMftSKnPIF
Stand der Technik baulich bedingte Mehrfachnutzung der verwendbaren Energien ermöglicht ist.RFSTΔTir ;! IMftSKnPIF State of the art structurally related multiple use of usable energy is possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Hausenergieversorgungsanlage nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Hausenergieversorgungsanlage nach Anspruch 11 gelöst .This object is achieved by a domestic energy supply system according to the features of claim 1 and a method for operating such a domestic energy supply system according to claim 11.
Erfindungsgemäß ist eine Hausenergieversorgungsanlage, insbe- sondere zur Versorgung eines Hauses und/oder eines Fahrzeuges mit Strom und/oder Wärme und/oder Druckluft, vorgeschlagen, bei der wenigstens eine der folgenden Wärmeenergiequellen vorgesehen ist:According to the invention, a domestic energy supply system, in particular for supplying a house and / or a vehicle with electricity and / or heat and / or compressed air, is proposed, in which at least one of the following heat energy sources is provided:
Sonnenlicht, - Warmwasser aus dem Heiz- oder Warmwasserkreislauf einer bestehenden Öl-, Pellet- oder Gasfeuerungs-Heizung oder einem Kleinkraftwerk, Fernwärme,Sunlight, - hot water from the heating or hot water circuit of an existing oil, pellet or gas heating or a small power plant, district heating,
Abwärme von Verlustwärme erzeugenden Geräten, ins- besondere einer Brennstoffzelle, und/oder einer bestehenden Öl-, Pellet- oder Gasfeuerungs-Heizung, Erdwärme oder Ξrdspeicher, wobei wenigstens eine der folgenden Wärmesenken vorgesehen ist: - das Erdreich und/oder die Außenluft und/oder ein Fliess- oder ein stehendes Gewässer und/oder dem Warmwasser- oder Heizungsvorlauf des Heiz- oder Warmwasserkreislauf der bestehenden Öl-, Pellet- oder Gasfeuerungs-Heizung und/oder einen Wärmespeicher
wobei die Wärmeenergie der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke durch eine Wärmekraftmaschine in Arbeit umgesetzt wird, wobei die Wärmekraftmaschine einen Flu- id-Kreislauf mit wenigstens zwei Reservoiren aufweist, die jeweils als ein zu kühlender Kondensator oder ein zu erwärmender Verdampfer thermisch mit der Wärmequelle oder der Wärmesenke verbunden werden, wobei eine Arbeitstemperaturdifferenz zwischen den Reservoiren von ca. 10° bis 200°, bei einer Arbeitstemperatur von 30° bis 280° C eingestellt wird, wobei die Wärmekraftmaschine einen Hybrid-Motor in Form einer Kombination aus Druckmedienmotor und Verbrennungsmotor aufweist, in dem zum einen eine Druckdifferenz des Fluids aufgrund der Arbeitstemperaturdifferenz zum Antrieb verwendet wird und zum anderen Kraftstoff verbrannt und in Arbeit umge- setzt wird.Waste heat from appliances generating heat loss, in particular a fuel cell, and / or an existing oil, pellet or gas heating, geothermal or storage, at least one of the following heat sinks being provided: - the soil and / or the outside air and / or or a flowing or a stagnant water and / or the hot water or heating flow of the heating or hot water circuit of the existing oil, pellet or gas fired heating and / or a heat storage wherein the heat energy of the temperature difference between the heat source and heat sink is implemented by a heat engine in operation, the heat engine having a fluid circuit with at least two reservoirs, each as a condenser to be cooled or an evaporator to be heated thermally with the heat source or the Heat sink can be connected, wherein a working temperature difference between the reservoirs of about 10 ° to 200 °, is set at a working temperature of 30 ° to 280 ° C, wherein the heat engine comprises a hybrid engine in the form of a combination of pressure medium engine and internal combustion engine, in on the one hand, a pressure difference of the fluid is used due to the working temperature difference to the drive and on the other burned fuel and put into work.
Im Sinne der Erfindung wird bei einer Hausenergieversorgungsanlage in Kombination bzw. in Zusammenwirkung mit einem Kleinkraftwerk der Hybrid-Motor nur als Druckmedienmotor zur Verfügung gestellt.For the purposes of the invention, in a domestic energy supply system in combination or in cooperation with a small power plant, the hybrid engine is provided only as a print media engine.
Die Erfindung ermöglicht eine Hausenergieversorgungsanlage beispielsweise in Form eines Solarblockheizkraftwerks welches mit unterschiedlichen Energiearten betrieben werden kann und unterschiedliche Energiearten zur Verfügung stellt.The invention enables a home energy supply system, for example in the form of a solar block heat and power plant which can be operated with different types of energy and provides different types of energy available.
Bevorzugterweise wird in dem Druckmedienmotor die Druckdifferenz zwischen jeweils dem als Verdampfer und als Kondensator geschalteten Reservoir in mechanische Arbeit umsetzt.Preferably, in the pressure medium motor, the pressure difference between each of the connected as an evaporator and a capacitor reservoir is converted into mechanical work.
Nach einer ebenso bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Druckmedienmotor in einem hierzu vor-
gesehenen Druckluft-Speicher gespeicherte Druckluft zum Antrieb verwendet wird.According to an equally preferred embodiment of the invention, it is provided that in the pressure medium motor in a compressed air stored compressed air is used to drive.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Wärme- Speicher, insbesondere ein Wassertank, vorgesehen ist, wobei der Wärmespeicher als Wärmesenke oder als Wärmequelle durch eine hierzu vorgesehene schaltbare thermische Kopplung mit den Reservoiren verwendet werden kann .A development of the invention provides that a heat storage, in particular a water tank, is provided, wherein the heat storage can be used as a heat sink or as a heat source by a purpose provided switchable thermal coupling with the reservoirs.
Eine weitere schaltbare thermische Verbindung des Wärmespeichers ist von Vorteil vorgesehen, vermittels welcher dieser mit einer der Wärmequellen verbindbar und erwärmbar ist.Another switchable thermal connection of the heat accumulator is advantageously provided, by means of which it can be connected to one of the heat sources and heated.
Von Vorteil ist das Fluid Perfluorpentan oder eine Mischung aus Perfluorpentan und Propan oder eine Mischung aus Wasser und Ammoniak. Es können auch andere Stoffe mit ähnlichen Eigenschaften zum Einsatz kommen.The advantage is the fluid perfluoropentane or a mixture of perfluoropentane and propane or a mixture of water and ammonia. Other substances with similar properties may also be used.
Bevorzugterweise ist die Mischung je nach gewünschter Ar- beitstemperatur einstellbar, wobei das Mischungsverhältnis von einer Mischungsvorrichtung dosiert und verändert wird.Preferably, the mixture is adjustable depending on the desired working temperature, the mixing ratio being metered and changed by a mixing device.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Stromgenerator vorgesehen ist, an welchem die Wärmekraftmaschine Arbeit verrichtet.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that a power generator is provided, on which the heat engine performs work.
Von Vorteil ist ein Druckluft-Kompressor vorgesehen, an welchem die Wärmekraftmaschine Arbeit verrichtetAdvantageously, a compressed air compressor is provided, on which the heat engine performs work
Dem folgend ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Druckluft-Kompressor zum Befüllen des Druckluft-Speichers vorgesehen ist, welche Druckluft zum
Betreiben des Hybrid-Motors oder zum Antrieb eines Fahrzeugs verwendet wird.Following is proposed according to an embodiment of the invention that the compressed air compressor is provided for filling the compressed air reservoir, which compressed air for Operating the hybrid engine or used to drive a vehicle.
Eine Steuerung ist von Vorteil vorgesehen, die aufgrund der aktuellen Temperaturen in den Wärmesenken, den Wärmequellen und den Reservoiren eine optimale Verschaltung derselben errechnet .A control is provided for advantage, which calculates an optimal interconnection of the same due to the current temperatures in the heat sinks, the heat sources and the reservoirs.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Hausenergieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgeschlagen, das sich durch die folgenden Schritte auszeichnet:According to a further aspect of the invention, a method for operating a domestic energy supply system according to one of claims 1 to 10 is proposed, which is characterized by the following steps:
- Messen der aktuellen Temperaturen in den Wärmesenken, den Wärmequellen, dem Wärmespeicher und den Reservoiren, - je nach gemessenen Temperaturen Auswahl einer möglichst heißen Wärmequelle zur Prozessführung unter der Bevorzugung von Solarwärme als Wärmequelle,- measuring the current temperatures in the heat sinks, the heat sources, the heat storage and the reservoirs, - depending on the measured temperatures selection of a heat source as possible for process control under the preference of solar heat as a heat source,
- Verwendung des Wärmespeichers entweder zur Prozessführung mit einer Wärmequelle als driftende Wärmesenke, oder zur Pro- zessführung mit einer Wärmesenke als driftende Wärmequelle, wobei eine Prozessführung bevorzugt wird, bei der der Wärmespeicher zunächst erwärmt wird.Use of the heat accumulator either for process control with a heat source as drifting heat sink, or for process control with a heat sink as drifting heat source, wherein a process control is preferred in which the heat accumulator is first heated.
Durch die Verwendung des Wärmespeichers als Wärmequelle oder als Wärmesenke, wobei dieser aufgeheizt oder abgekühlt wird, kann eine optimale Prozessführung in der Wärmekraftmaschine erreicht werden, ohne, dass wertvolle Wärmeenergie bei aktuell heißer Wärmequelle verloren geht. In diesem Falle wird der kältere Wärmespeicher als Wärmesenke geschaltet. Kühlt sich die Wärmequelle wieder ab, beispielsweise nachts, so wird der Wärmespeicher selber als Wärmequelle verwendet.
Bevorzugerweise wird nach einer Ausgestaltung des Verfahrens die der Wärmekraftmaschine zugeführte Wärme vorrangig aus der Solarwärme gespeist.By using the heat accumulator as a heat source or as a heat sink, wherein this is heated or cooled, optimal process control in the heat engine can be achieved without that valuable heat energy is lost at currently hot heat source. In this case, the colder heat storage is switched as a heat sink. If the heat source cools down again, for example at night, the heat storage itself is used as the heat source. Preferably, according to one embodiment of the method, the heat supplied to the heat engine is fed primarily from the solar heat.
Ohne zur Verfügung stehende Solarwärme wird nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die der Wärmekraftmaschine zugeführte Wärme nach einer Alternative der Ausgestaltung der Erfindung aus der Erdwärme oder dem Erdwärmespeicher gespeist.Without available solar heat, the heat engine supplied heat is fed to an alternative embodiment of the invention from the geothermal or geothermal storage according to a further embodiment of the method.
Eine weitere ebenso bevorzugte Alternative des Verfahrens sieht vor, dass ohne zur Verfügung stehende Solarwärme, und ohne Heizungsbedarf im Hause der vorgesehene Druckluft- Speicher zum Antrieb des Hybridmotors und somit zur Stromer- zeugung genutzt wird.Another equally preferred alternative of the method provides that without available solar heat, and without heating demand in the home of the proposed compressed air storage is used to drive the hybrid engine and thus to power generation.
Ohne zur Verfügung stehende Solarwärme und ohne Heizungsbedarf im Hause und zudem leerem Druckluft-Speicher wird der Hybridmotor nach einem vorteilhaften Verfahrensschritt zur Erzeugung von Strom mit Kraftstoff betrieben.Without available solar heat and without heating demand in the house and also empty compressed air storage of the hybrid engine is operated by an advantageous process step to generate electricity with fuel.
Ebenso kann von Vorteil ohne zur Verfügung stehende Solarwärme und während der normalen jahreszeitbedingten Heizperiode die Vorlaufwärme der Hausheizung als Wärmequelle verwendet werden.Likewise, can be used as a heat source of advantage without available solar heat and during the normal seasonal heating season, the flow heat of the house heating.
Dem folgend kann vorgesehen sein, dass der Heizungsrücklauf einer konventionellen Heizungsanlage als Wärmesenke verwendet wird.The following may be provided that the heating return of a conventional heating system is used as a heat sink.
Im Betrieb der Wärmekraftmaschine mit Solarwärme ist von Vorteil als Wärmesenke das Erdreich ausgewählt.
Die beim Betrieb des Hybridmotors mit Kraftstoff auftretende Abwärme des Hybridmotors wird vorteilhafterweise im Wärmespeicher gespeichert.During operation of the heat engine with solar heat, the soil is advantageously selected as the heat sink. The waste heat of the hybrid engine occurring during operation of the hybrid engine with fuel is advantageously stored in the heat accumulator.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nach Erreichen einer vorgewählten maximalen Temperatur im Wärmespeicher dieser als Wärmequelle verwendet wird.A particularly preferred embodiment of the method provides that after reaching a preselected maximum temperature in the heat storage, this is used as a heat source.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Im Einzelnen zeigt die schematische Darstellung in:The invention will be further explained with reference to the drawings. In detail, the schematic representation in:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Hausenergieversorgungsanlage .Fig. 1 is a schematic block diagram of a house energy supply system according to the invention.
Die einzige Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Hausenergieversorgungsanlage 1 zur Versorgung eines Hauses und eines Fahrzeuges mit Strom und Druckluft.The only Fig. 1 shows a schematic structure of a home energy supply system 1 for supplying a house and a vehicle with electricity and compressed air.
Eine Wärmekraftmaschine ist zwischen verschiednen Wärmeenergiequellen 2 (Solarwärme) , 3 (Erdwärme) und 4 (Hausheizung) und Wärmesenken 5, 6 (Erdreich) und 7 (Heizungsrücklauf) geschaltet .A heat engine is connected between different thermal energy sources 2 (solar heat), 3 (geothermal) and 4 (house heating) and heat sinks 5, 6 (ground) and 7 (heating return).
Dabei wird die Wärmeenergie der Temperaturdifferenz zwischen jeweils einer aufgeschalteten Wärmequelle (2, 3 oder 4) und jeweils einer Wärmesenke (5, 6 oder 7) durch die Wärmekraftmaschine 8 in Arbeit umgesetzt.
Die Wärmekraftmaschine weist hierzu einen Fluid-Kreislauf mit zwei Reservoiren 9 und 10 auf, die jeweils als ein zu kühlender Kondensator oder ein zu erwärmender Verdampfer thermisch mit der jeweils ausgewählten Wärmequelle oder Wärmesenke ver- bunden werden. Als Fluid kann beispielsweise Perfluorpentan oder eine Mischung aus Perfluorpentan und Propan oder eine Mischung aus Wasser und Ammoniak gewählt werden. Im gezeigten Beispiel ist zur möglich Anpassung der Prozesstemperaturen der Wärmekraftmaschine zudem eine Mischungssteuerung 22 vor- gesehen, vermittels welcher die Mischung des zwischen den Reservoiren zirkulierenden Fluids je nach gewünschter Arbeitstemperatur einstellbar ist, wobei das Mischungsverhältnis von der Mischungssteuerung dosiert und verändert wird.In this case, the heat energy of the temperature difference between each one connected heat source (2, 3 or 4) and one heat sink (5, 6 or 7) is implemented by the heat engine 8 in work. For this purpose, the heat engine has a fluid circuit with two reservoirs 9 and 10, which are each thermally connected to the respectively selected heat source or heat sink as a condenser to be cooled or an evaporator to be heated. As the fluid, for example, perfluoropentane or a mixture of perfluoropentane and propane or a mixture of water and ammonia can be selected. In the example shown, for the possible adaptation of the process temperatures of the heat engine, a mixing control 22 is also provided, by means of which the mixture of the fluid circulating between the reservoirs can be adjusted according to the desired working temperature, the mixing ratio being metered and changed by the mixing control.
Die Arbeitstemperaturdifferenz zwischen den Reservoiren wird dabei von ca. 10° bis 200°, bei einer Arbeitstemperatur von 30° bis 280° C eingestellt.The working temperature difference between the reservoirs is adjusted from about 10 ° to 200 °, at a working temperature of 30 ° to 280 ° C.
Zur Arbeitsleistung ist in der Wärmekraftmaschine ein Hybrid- Motor 11 in Form einer Kombination aus Druckmedienmotor undTo work in the heat engine is a hybrid engine 11 in the form of a combination of print media engine and
Verbrennungsmotor vorgesehen. Hierdurch können zum einen eine Druckdifferenz des Fluids aufgrund der Arbeitstemperaturdifferenz zum Antrieb verwendet werden als auch Kraftstoff verbrannt und in Arbeit umgesetzt werden, falls die Wärmediffe- renzen der Wärmesenken und Wärmequellen einmal nicht ausreichen sollten. In dem Druckmedienmotor wird die Druckdifferenz zwischen jeweils dem als Verdampfer und als Kondensator geschalteten Reservoir 9 und 10 in mechanische Arbeit umsetzt.Internal combustion engine provided. In this way, on the one hand, a pressure difference of the fluid due to the working temperature difference to the drive can be used as well as fuel burned and converted into work, if the heat differences of the heat sinks and heat sources should not be sufficient. In the pressure medium motor, the pressure difference between each of the connected as an evaporator and as a capacitor reservoir 9 and 10 is converted into mechanical work.
Als Antriebsenergie für die Hausenergieversorgungsanlage 1 könne daher Wärmeenergien vielerlei Art (Sonne, Erdwärme, Abwärme von Brennstoffzellen, Abwärme von Kraftwerken, Fern-
heizung, Erdspeicher, ... ) dienen, die als Wärmequellen zur Verfügung stehen. Aber auch Brennstoffe aller Art können verwendet werden, im Beispiel Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 12 sowie Druckenergie, welche durch gasförmige unter Druck stehende Stoffe aus einem Druckluft-Speicher 13 bereitgestellt wird. Möglich ist auch die Verwendung elektrischer Energie .Therefore, thermal energy of many kinds (sun, geothermal heat, waste heat from fuel cells, waste heat from power plants, remote power plants) could be used as drive energy for the household energy supply system 1. heating, Erdspeicher, ...) serve, which are available as heat sources. But also fuels of all kinds can be used, in the example fuel from a fuel tank 12 and pressure energy, which is provided by gaseous pressurized substances from a compressed air reservoir 13. It is also possible to use electrical energy.
Ein Wärmespeicher 15 in Form eines Wassertanks ist vorgese- hen, wobei der Wärmespeicher als Wärmesenke oder als Wärmequelle je nach aktueller Temperatur des Mediums in dem Wärmespeicher durch eine hierzu vorgesehene schaltbare thermische Kopplung mit den Reservoiren 9, 10 verwendet werden kann. Vermittels eine schaltbaren thermischen Verbindung des Wärme- Speichers 15 kann dieser mit einer der Wärmequellen verbunden und getrennt vom Prozess erwärmt werden, falls Überschusstemperatur in einer der Wärmequellen vorliegt, die nicht für die Wärmekraftmaschine aktuell verwendet wird.A heat accumulator 15 in the form of a water tank is provided, it being possible to use the heat accumulator as heat sink or as heat source depending on the actual temperature of the medium in the heat accumulator by means of a switchable thermal coupling with the reservoirs 9, 10 provided for this purpose. By means of a switchable thermal connection of the heat accumulator 15, it can be connected to one of the heat sources and heated separately from the process, if there is excess temperature in one of the heat sources, which is not currently used for the heat engine.
Eine Steuerung 17 ist vorgesehen, die aufgrund der aktuellen Temperaturen in den Wärmesenken 5, 6, 7, den Wärmequellen 2, 3, 4, dem Wärmespeicher 15 und den Reservoiren 9, 10 eine optimale Verschaltung derselben errechnet und durch entsprechende Auf- und Abschaltung der Komponenten steuert.A controller 17 is provided which, due to the current temperatures in the heat sinks 5, 6, 7, the heat sources 2, 3, 4, the heat accumulator 15 and the reservoirs 9, 10 calculates an optimal interconnection thereof and by appropriate switching on and off the Controls components.
In der Hausenergieversorgungsanlage können elektrische Energie, Wärmeenergie sowie Druckenergie (gasförmige unter Druck stehenden Stoffe) produziert werden. Hierzu sind ein mit dem Hybridmotor gekoppelter Stromgenerator 16 und ein Druckluft- Kompressor 14 vorgesehen ist, an welchen die Wärmekraftmaschine 8 je nach Bedarf Arbeit verrichtet. Wird keine elekt-
rische Energie benötigt, wird ein Druckluft-Speicher 13 befüllt.In the house energy supply system electrical energy, heat energy and pressure energy (gaseous substances under pressure) can be produced. For this purpose, coupled to the hybrid motor power generator 16 and a compressed air compressor 14 is provided, on which the heat engine 8 performs work as needed. If no electrical required rische energy, a compressed air reservoir 13 is filled.
Als Verbraucher sind im Beispiel an die Hausenergieversor- gungsanlage angeschlossen: ein Fahrzeug 17, das mit Druckluft zum Antrieb dessen Motors betankt wird, ein Fahrzeug 18, das mit elektrischer Energie zum Antrieb eines Elektromotors geladen wird, sowie weitere elektrische Verbraucher 19 und 20, die im oder am Haus vorhanden sind.In the example, the following are connected to the household energy supply system as a consumer: a vehicle 17, which is fueled with compressed air to drive its engine, a vehicle 18 which is charged with electrical energy for driving an electric motor, and further electrical consumers 19 and 20, in or at the house are available.
Die Hausenergieversorgungsanlage ist so konzipiert, dass sie an die unterschiedlichen Jahreszeiten (Frühling, Sommer, Herbst und Winter) und an die Tages-Energiegegebenheiten (Umwelt, Witterung, Temperatur, Sonne, Wind, Wolken, ... ) an- passt wird und in unterschiedlichen Betriebsmodifikationen bezüglich der zu verwendenden Wärmequelle und -senke oder der Auswahl der zu verwendenden Energieform durch entsprechende AufSchaltung vermittels einer Steuerung 21 arbeitet.The house energy supply system is designed in such a way that it is adapted to the different seasons (spring, summer, autumn and winter) and to the day energy conditions (environment, weather, temperature, sun, wind, clouds, ...) and in operates different operating modifications with respect to the heat source and sink to be used or the selection of the energy form to be used by appropriate Aufschchaltung means of a controller 21.
Mit Hilfe der Steuerung 21 und, sofern vorhanden, der Mischungssteuerung 22 zur Mischung des leicht verdampfenden Stoffgemisches werden die unterschiedlichen Tagesenergiegege- benheiten, die Außentemperatur, der aktuelle Betriebsmodus, und weitere Eventualitäten bei dem Mischvorgang von leicht verdampfenden Stoffgemischen, berücksichtigt.With the aid of the controller 21 and, if present, the mixing controller 22 for mixing the easily evaporating substance mixture, the different daily energy conditions, the outside temperature, the current operating mode, and further eventualities in the mixing process of easily evaporating mixtures are taken into account.
Diese Steuerung ermittelt über die erfassbaren und bekannten Parameter die ideale Verdampfungstemperatur des Stoffgemisches für den zyklischen Dampferzeugungsprozess .
Das Mischungsverhältnis kann vor jedem Verdampfungszyklus neu berechnet und den Umwelt-Gegebenheiten entsprechend optimiert .This control uses the detectable and known parameters to determine the ideal evaporation temperature of the substance mixture for the cyclic steam generation process. The mixing ratio can be recalculated before each evaporation cycle and optimized according to the environmental conditions.
Thermische Solarenergie steht im Sommer mit ca. 1 kW/m2 Einstrahlfläche reichlich zur Verfügung. Diese Wärmeenergie welche bis dato oftmals ungenutzt bleibt, wird zur Strom- oder Drucklufterzeugung verwendet. Diese Energieformen können dann gespeichert und zum Gebrauch im Wohnhaus oder Kfz. bzw. zur Stromeinspeisung verwendet werden.Thermal solar energy is abundantly available in summer with approx. 1 kW / m 2 of irradiation area. This thermal energy, which until now often remains unused, is used to generate electricity or compressed air. These forms of energy can then be stored and used in the home or car. or used for power supply.
Ein verbessertes Temperaturpotential für den Verdampfungspro- zess, und/oder eine Nutzung zur Übergangsheizung, wird durch die Verwendung einer Erdwärmesonde, insbesondere zur Wärmeab- fuhr in ca. 10-100 m Tiefe, erreicht.An improved temperature potential for the evaporation process, and / or use for transition heating, is achieved by the use of a geothermal probe, in particular for heat dissipation in about 10-100 m depth.
Ein Teil der Wärme kann auch in Speichern, beispielsweise Erdwärmespeichern oder Wassertanks aufbewahrt werden oder über Erdwärme zugeführt werden.Part of the heat can also be stored in storage facilities, such as geothermal heat storage or water tanks or fed through geothermal energy.
Bei der Nutzung der Hausenergieversorgungsanlage z.B. in Ein- oder Mehrfamilienhäusern mit z.B. Kfz-Antriebsenergie- Einspeisung oder mit Einspeisung ins Elektro- und Wärmenetz wird die Größe eines hier benötigten Druckmedienmo- tors/Generators dem max. benötigten Energieverbrauch sowie der nutzbaren solaren Einstrahlfläche angepasst.When using the home power supply system e.g. in single or multi-family houses with e.g. Vehicle drive energy supply or with feed into the electrical and heating network, the size of a required here Druckmedienmo- / generator the max. required energy consumption and the usable solar irradiation surface adjusted.
Durch die Erfindung kann erreicht werden, dass ein Hausstrom- anschluss ans öffentliche elektrische Netz nicht mehr erfor- derlich ist oder er wird zusätzlich auch zum Stromverkauf genutzt. Weiterhin kann ein Teil, der in der Hausenergiever- sorgungsanlage erzeugten Energie (Strom/Druckluft) , für eine
Kfz-Nutzung (z.B. bei Auto-Hybrid-Antriebstechnik) oder sonstiges zumindest zeitweise bereitgestellt werden.By means of the invention it can be achieved that a domestic power connection to the public electrical network is no longer required or it is additionally used for selling electricity. Furthermore, a part of the energy generated in the household energy supply system (electricity / compressed air), for a Vehicle use (eg in auto-hybrid drive technology) or otherwise provided at least temporarily.
A: SoimmerbetriebA: Soimmerbetrieb
Im Sommer bzw. immer bei Sonnenschein wird die Hausenergieversorgungsanlage hauptsächlich mit thermischer Solarenergie angetrieben.In summer or always in sunshine, the house energy supply system is mainly powered by thermal solar energy.
Dabei wird zyklisch mit Hilfe eines Verdampfers ein leicht zu verdampfendes Stoffgemisch, welches von der „Mischvorrichtung" , den äußeren energetischen Gegebenheiten und den Betriebsmodi angemessenen, vorgemischt wurde (z.B. Perflourpen- tan/Alkohol) , erhitzt, verdampft und überhitzt.In this process, by means of an evaporator, an easily vaporized mixture which has been premixed by the "mixing device", the external energy conditions and the operating modes (for example perfume pentane / alcohol), is heated, evaporated and superheated cyclically.
Das Dampfgemisch wird dann z.B. über einen Druckmedienhybrid- motor (Hybridantrieb mit Brennstoffen und/oder Druckmedien), mit einer Dampfturbine oder ähnlichem, nach bekannten Verfahren, zyklisch zu elektrischer Energie/Druckluft und in Wärme umgewandelt .The vapor mixture is then added e.g. via a print medium hybrid engine (hybrid drive with fuels and / or pressure media), with a steam turbine or the like, according to known methods, cyclically to electrical energy / compressed air and converted into heat.
Die elektrische Energie wird mit Hilfe eines an den Druckme- dienhybridmotor gekoppelter Generators, die optionale Druckluft mit Hilfe eines gekoppelten Kompressors erzeugt.The electrical energy is generated by means of a generator coupled to the pressure medium hybrid motor, and the optional compressed air is generated by means of a coupled compressor.
Das entspannte Dampfgemisch gelangt danach in den zyklisch arbeitenden Kondensator.The relaxed vapor mixture then passes into the cyclically operating capacitor.
Die „Mischungssteuerung" separiert das „erste" Kondensatge- misch sowie das „letzte" Kondensatgemisch nach dem Abkühlen im Kondensator in Zusatzbehälter. Dieses Kondensat besteht im ersten Behälter zu einem relativ großen Prozentsatz aus
dem am leichtesten flüchtigen Stoff der Stoffmischung und im Behälter zwei zu einem sehr geringen Prozentsatz aus dem leicht flüchtigen Stoffgemisch.The "mixing control" separates the "first" condensate mixture and the "last" condensate mixture after cooling in the condenser in the auxiliary tank, which condensates in the first tank to a relatively large percentage the most volatile of the composition and in the container two to a very small percentage from the volatile mixture.
Nach Abschluss des zyklischen Verdampfungsvorganges regelt die „Mischungssteuerung" über den im Moment arbeitenden Betriebsmodi, die Energiegegebenheiten (Bedarfe und Angebote) und die Außentemperatur (Wassertemperatur) , den Mischungsgrad der aktuellen Verdampfungsmischung. Dabei wird vor jedem Zyk- lus das „erste" oder das „letzte" Kondensatgemisch zu einem definierten Teil in die zu verdampfende Flüssigkeit im Verdampfer gegeben um die ideale Verdampfungstemperatur zu erreichen.After completion of the cyclical evaporation process, the "mixing control" controls the mixing mode of the current evaporation mixture via the currently operating operating modes, the energy conditions (requirements and offers) and the outside temperature (water temperature) "Last" condensate mixture added to a defined part in the liquid to be evaporated in the evaporator to achieve the ideal evaporation temperature.
Um das Kraftwerk übers ganze Jahr zu betreiben, verwenden wir vorrangig einen Druckmedienhybridmotor welcher mit Druckmedien (z .B.Dampfgemischen von Perflourpentan/Alkohol, Luft) oder auch mit Brennstoffen (z .B. Rapsöl) betrieben werden kann(Siehe z.B. Patente MDI France).In order to operate the power plant throughout the year, we primarily use a hybrid print engine which can be operated with pressurized media (eg vapor mixtures from Perflourpentan / alcohol, air) or with fuels (eg rapeseed oil) (see eg patents MDI France ).
Alternativ kann im Sinne der Erfindung der Verbrennungsmotor oder die Hausheizung durch eine Gasturbine oder ein Kleinkraftwerk mit einem Tandem aus Holzvergaser und Stirlingmotor ersetzt werden um auch feste fossile Brennstoffe als Energie- quelle zu verwenden.Alternatively, for the purposes of the invention, the internal combustion engine or the house heating can be replaced by a gas turbine or a small power plant with a tandem of wood gasifier and Stirling engine to use solid fossil fuels as an energy source.
Das überhitzte Dampfgemisch aus dem Verdampfer wird dem Druckmedienhybridmotor zugeführt.The superheated vapor mixture from the evaporator is fed to the hybrid print media engine.
Nach Antrieb des Druckmedienhybridmotor wird das entspannte Dampfgemisch mittels Kühlwasser einer Erdsonde/Erdspeicher und/oder mit dem abgekühlten Rücklaufwasser einer Wärmehei-
zung(z.B. Wohnhaus) oder mit Hilfe sonstiger Medien/Wärmespeichern kondensiert.After the pressurized medium hybrid motor has been driven, the expanded steam mixture is conveyed by means of cooling water to a ground probe / ground tank and / or to the cooled return water of a heat source. (eg residential building) or condensed with the help of other media / heat accumulators.
Ein Teil der zur Verfügung stehenden und erzeugten Energie wird in Druckmedienspeichern, Elektrospeichern oder Warmwasserspeichern zwischengespeichert, um während der Nachtstunden und der bewölkten Tage die Energieversorgung zu gewährleisten.Part of the available and generated energy is temporarily stored in pressure accumulators, electric accumulators or hot water storage tanks to ensure the energy supply during the night hours and on cloudy days.
Der Druckmedienhybridmotor kann in dieser Betriebsart auch einen angekoppelten Druckluftkompressor antrieben, welcher wiederum Druckluft mit sehr hohen Drücken (z.B. 300 bar) erzeugt, welche z.B. zum Antrieb eines Kfz, ... verwendet werden kann.The print media hybrid engine in this mode may also drive a coupled air compressor which in turn generates pressurized air at very high pressures (e.g., 300 bar), e.g. to drive a car, ... can be used.
In den Sommermonaten kann die Hausenergieversorgungsanlage hauptsächlich (außer an kühlen Tagen mit Bewölkung oder sonstiger Wärmezugang s.o.) mit thermischer Solarenergie betreiben werden.In the summer months, the house energy supply system can be operated mainly (except on cool days with cloud cover or other heat access s.o.) With solar thermal energy.
Über die thermische Solarenergie fallen große Mengen an Wärmeenergie an, welche durch Umwandlung in Strom bzw. Druckluft auch zusätzlich außerhalb des Wohnhauses z.B. im Kfz oder zur Einspeisung ins Netz genutzt werden können. Die relativ große Menge an anfallender Kondensationswärme wird umweltfreundlich mit Erdsonden oder in Erdspeicher abgeführt.About the thermal solar energy accumulate large amounts of heat energy, which by conversion into electricity or compressed air also outside of the house, for example. can be used in the vehicle or for feeding into the grid. The relatively large amount of accumulating heat of condensation is discharged environmentally friendly with geothermal probes or in ground storage.
Wird Strom/Brauchwasser während der Nacht oder bei Bewölkung benötigt, läuft der obige Prozess mit der Energie aus Wasser- Druckluft- oder Elektrospeichern, ... ab.
Übersteigt die angeforderte elektrische Energie die anfallende Wärmemenge die zur Stromerzeugung benötigt wird, z.B. an Solarwärme und sind die Wärmespeicher geleert, schaltet die Hausenergieversorgungsanlage in den Betriebsmodus Früh- jähr/Herbstbetrieb (siehe unten).If electricity / service water is required during the night or when it is cloudy, the above process will run with the energy from water, compressed air or electric storage, .... If the requested electrical energy exceeds the amount of heat required for power generation, eg solar heat and if the heat storage tanks are emptied, the building energy supply system switches to the spring / autumn operation mode (see below).
B: WinterbetriebB: Winter operation
Im Winterbetrieb arbeitet die Hausenergieversorgungsanlage so, dass der Dampferzeugungsprozess mit dem Heizungsprozess oder einem Kleinkraftwerk gekoppelt ist.In winter operation, the house energy supply system operates so that the steam generation process is coupled with the heating process or a small power plant.
Wärmezufuhr über Heizungsbrenneranlage (alternativ Solar, Erdwärme, Abwärme, Fernwärme, ... ) .Heat supply via heating burner system (alternatively solar, geothermal, waste heat, district heating, ...).
Wärmeabgabe im zyklisch arbeitenden Verdampfer zum Verdampfen von leicht verdampfbaren Stoffgemisch mit „aktueller" Zusammensetzung nach den Vorgaben der „Mischungssteuerung" .Heat emission in the cyclically operating evaporator for evaporation of easily evaporable substance mixture with "current" composition according to the specifications of the "mixing control".
Elektrische Energiegewinnung über Druckmedienmotor/GeneratorElectric power generation via pressure medium motor / generator
Wärmeabgabe zum Heizen/Warmwasser.Heat output for heating / hot water.
Wärmezufuhr zum Heizkreislauf beim Kondensieren von leicht verdampfbaren Stoffgemisch, in den Wasserrücklauf der Hei- zungsanlage.Heat supply to the heating circuit when condensing easily volatile mixture, into the water return of the heating system.
Und Wärmezufuhr der Abwärme von Druckmedienhybridmo- tors/Generators in das Rücklaufwasser.And heat supply of the waste heat from pressure medium hybrid / generator in the return water.
Somit verbleibt die komplette Abwärme des Verdampfungsprozes- ses im Heizsystem.
In dieser Betriebsart wird Wasser hauptsächlich (Unterstützung durch solare Wärme bei Sonnenschein oder Wärmespeicher) mit einer konventionellen Heizung stark erwärmt, welches dann zyklisch zum Verdampfen von einem leicht zu verdampfendem Stoffgemisch.es z.B. Perflourpentan/Alkohol, welches aktuell angemischt wurde, im Verdampfer eingesetzt wird.Thus, the complete waste heat of the evaporation process remains in the heating system. In this mode, water is mainly heated (solar heat support in sunshine or heat storage) with a conventional heater, which is then cyclically used to evaporate an easily vaporized Stoffgemisches.es eg Perflourpentan / alcohol, which was currently mixed, in the evaporator ,
Der erzeugte Dampf wird wiederum zur Erzeugung von elektrischer Energie über den Druckmedienhybridrnotor/Generator ver- wendet. Wobei die Abwärme des Druckmedienhybridmotors ins Heizsystem zurückgeführt wird.The generated vapor is in turn used to generate electrical energy via the print media hybrid motor / generator. Where the waste heat of the print medium hybrid engine is returned to the heating system.
Das stark erwärmte Wasser gibt im Verdampfer zum Verdampfen von z.B. Perflourpentan-Alkohol-Gemisch Wärmeenergie ab und „kühlt" sich dabei auf die gewünschte Vorlauftemperatur der Raumheizung .The highly heated water gives in the evaporator for evaporation of e.g. Perflourpentan-alcohol mixture heat energy and "cools" it to the desired flow temperature of the space heater.
Mit dieser Vorlauftemperatur speist das Wasser die Heizungsund Brauchwasserbedarfe im Haus.With this flow temperature, the water feeds the heating and domestic water needs in the house.
Das abgekühlte Heizungsrücklaufwasser wird danach im Kondensator zum Kondensieren des leicht zu verdampfenden Stoffgemisches genutzt und erwärmt sich dabei.The cooled heating return water is then used in the condenser to condense the easily evaporated mixture and heats up.
Im Winterbetrieb wird maximal soviel Strom/Druckluft-Energie erzeugt wie Abwärmeenergie entsteht, welche zum Heizen und zur Warmwassererwärmung benötigt wird.In winter operation, a maximum of electricity / compressed air energy is generated as waste heat energy is generated, which is needed for heating and hot water heating.
Jedoch mindestens soviel wie die aktuelle Hausstromversorgung benötigt.
Übersteigt die anfallende Wärmemenge den Heizungsbedarf und sind die Wärmespeicher aufgefüllt, schaltet die Hausenergieversorgungsanlage in den Betriebsmodus Frühjahr/Herbstbetrieb (siehe unten).However, at least as much as the current domestic power supply needed. If the amount of heat generated exceeds the heating demand and the heat storage tanks are filled up, the domestic energy supply system switches to the operating mode spring / autumn mode (see below).
C: Frühjahr/HerbstbetriebC: spring / autumn operation
Im Frühjahr und Herbstbetrieb, wenn keine oder nur wenig Wärmeenergie zur Hausheizung benötigt wird und keine oder wenig solare Einstrahlung entsteht, wird der Druckmedienhyb- ridmotor zur Stromherstellung auch mit Brennstoffen (z.B. Rapsöl) als Energiequelle betrieben.In spring and autumn, when little or no heat energy is needed to heat the house and there is little or no solar radiation, the pressurized hy- brid hybrid motor is also powered by fuels (such as rapeseed oil) for power generation.
Die Betriebsart Frühjähr/Herbstbetrieb läuft erst dann an, wenn in den Speichern keine Energie mehr zur Verfügung steht und Strom benötigt wird.The operating mode spring / autumn operation only starts when there is no energy available in the storage facilities and electricity is required.
Der Druckmedienhybridmotor erzeugt dabei über den angekoppelten Generator die benötigte elektrische Energie. Bei diesem Prozess fallen große Mengen an Abwärme an, welche mit Kühlwasser abgefangen und im Wärmespeicher aufbewahrt werden. Bei Bedarf wird diese Abwärme als Heizungsvorlauf- und Brauchwasser genutzt.The print media hybrid engine generates the required electrical energy via the coupled generator. In this process, large amounts of waste heat accumulate, which are intercepted with cooling water and stored in the heat storage. If required, this waste heat is used as heating supply and service water.
Ist der Wärmespeicher gefüllt, schaltet das Hausenergieversorgungsanlage in den Sommerbetrieb und nutzt die Wärmeenergie des Wärmespeichers als Antriebsquelle für den Verdamp- fungsprozess (siehe Sommerbetrieb) .If the heat storage tank is filled, the domestic energy supply system switches to summer operation and uses the heat energy of the heat storage as the drive source for the evaporation process (see summer operation).
Ist auch der Druckluftspeicher gefüllt, schaltet das Hausenergieversorgungsanlage in den Druckluftbetrieb und versorgt den Druckmedienhybridmotor mit komprimierter Antriebsluft
zur Stromherstellung. Der Druckluftspeicher füllt sich insbesondere an Sonnenreichen und sehr kalten Tagen.If the compressed air reservoir is also filled, the domestic energy supply system switches to compressed air operation and supplies the compressed-fluid hybrid motor with compressed drive air for power generation. The compressed air reservoir fills up especially in sunshine and very cold days.
Bei Verwendung der Hausenergieversorgungsanlage in einem sehr gut isolierten Energiesparhaus (< 11 Heizöl/qm) kann auf den Winterbetriebsmodus komplett verzichtet werden. Und somit auf die Investitionskosten einer gängigen Heizungsanlage.When using the home energy supply system in a very well insulated energy efficient house (<11 heating oil / sqm) can be completely dispensed with the winter mode of operation. And thus on the investment costs of a common heating system.
D.h. Die benötigte Wärmeenergie für Heizung und Brauchwasser ist dann nicht größer als die anfallende Abwärme bei der Erzeugung von Strom für Haushalt und Kfz mit dem Druckmedien- hybridmotor .That The heat energy required for heating and service water is then no greater than the waste heat generated in the generation of electricity for household and car with the print media hybrid engine.
An sehr kalten Wintertagen kann mit elektrischer Energie hilfsweise auch geheizt werden.On very cold winter days can also be heated with electrical energy.
Ein durchschnittlicher 4 Personen Haushalt benötigt ca. 3000 KWh Strom pro Jahr.An average 4 person household needs about 3000 KWh of electricity per year.
Mit einem Wirkungsgrad von ca. μ=0,2, bei mehrfachem Wärmedurchlauf wie oben beschrieben, werden ca. 15.000 KWh Wärmeenergie übers Jahr zur Stromerzeugung benötigt.With an efficiency of approx. Μ = 0.2, with multiple heat transfer as described above, approx. 15,000 KWh of heat energy is needed to generate electricity over the year.
An den ca. 80 Sonnentagen verwenden wir zur Stromherstellung solare Wärmeenergie.On the approx. 80 sunny days we use solar thermal energy to generate electricity.
Jeden weiteren Tag des Jahres benötigen wir ca. 40 KWh Energie in Form von Pellets, Öl, Fernheizung, ... .Every other day of the year we need about 40 kWh of energy in the form of pellets, oil, district heating, ....
Die Kosten hierfür sind im Moment ungefähr so groß wie die Strombeschaffungskosten.
Die Kosten für die Wärmeerzeugung zum Heizen/Warmwasser entfallen, da die Abwärme des Druckmedienhybridmotor hierfür Verwendung findet. Und ca. 80 % der eingesetzten Energie ist.The cost of this is currently about the same as the electricity procurement costs. The costs for heat generation for heating / hot water are eliminated because the waste heat of the print media hybrid engine is used for this purpose. And about 80% of the energy used is.
An Installationskosten sparen wir die Strombereitstellungskosten, Zählermiete, Anschlusskosten, ... .In installation costs we save the power supply costs, meter rental, connection costs, ....
In gut isolierten Häusern auch noch die Heizungsanlagekosten (Brenner, Heizkessel, ... ) .In well-insulated houses also the heating system costs (burners, boilers, ...).
Es ist geplant, dass die Investitionskosten der Hausenergieversorgungsanlage in gut isolierten Häusern nicht höher sind, als die bisherigen Kosten für Stromanschluss und Heizungsanlage.It is planned that the investment costs of the house energy supply system in well insulated houses are not higher than the previous costs for electricity connection and heating system.
Ein wirtschaftlicher Nutzen fällt an sehr warmen Sommertagen mit einer Überproduktion an Strom an, sowie an sehr kalten Tagen, wenn die benötigte Heizwärme (Abwärme) eine sehr hohe Stromproduktion nach sich zieht.An economic benefit arises on very warm summer days with an overproduction of electricity, as well as on very cold days, when the required heat (waste heat) requires a very high power production.
D.h. die überschüssige elektrische Energie oder Druckluftenergie steht z.B. für eine Kfz-Nutzung zur Verfügung; jedoch nicht das ganze Jahr.That the excess electrical energy or compressed air energy is e.g. available for a car use; but not all year.
Es ist sinnvoll ein Elektro-Hybrid-Kfz oder ein Druckluft- Hybrid-Kfz zu Nutzen welches zum Teil auch mit fossilen Brennstoffen betrieben werden kann.
BezugszeichenlisteIt is useful to use an electric hybrid car or a hybrid-compressed air vehicle which can be operated partly with fossil fuels. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Hausenergieversorgungsanlage1 home energy supply system
2 Wärmequelle, Solarwärme2 heat source, solar heat
3 Wärmequelle, Erdwärme3 heat source, geothermal energy
4 Wärmequelle, Hausheizung4 heat source, home heating
5 Wärmesenke5 heat sink
6 Wärmesenke, Erdreich6 heat sink, soil
7 Wärmesenke, Heizungsrücklauf7 heat sink, heating return
8 Wärmekraftmaschine8 heat engine
9 Reservoir9 reservoir
10 Reservoir10 reservoir
11 Hybrid-Motor11 hybrid engine
12 Kraftstofftank12 fuel tank
13 Druckluft-Speicher13 compressed air storage
14 Druckluft-Kompressor14 Compressed air compressor
15 Wärmespeieher15 heat detectors
16 Stromgenerator16 power generator
17 Fahrzeug17 vehicle
18 Fahrzeug18 vehicle
19 Verbraucher19 consumers
20 Verbraucher20 consumers
21 Steuerung21 control
22 MischungsSteuerung
22 mixing control