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  • 法律状态
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988006258A1
    申请号:PCT/EP1988/000119
    申请日:1988-02-18
    公开日:1988-08-25
    发明作者:Pär DALIN；Per GÖRANSSON
    申请人:Dalin Paer；Goeransson Per；
    IPC主号:F24H4-00
    专利说明:
    [0001] Vorrichtung zur Wärmegewinnung unter Verwendung einer
    [0002] Wärmepumpenanläge
    [0003] Beschreibung
    [0004] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung unter Verwendung einer Wärmepumpenanlage gemäß dem Oberbe¬ griff des Patentanspruches 1.
    [0005] Unter einer Wärmepumpe versteht man eine technische Ein¬ richtung, die bei Betrieb einen Wärmestrom bei niederer Temperatur (kalte Seite) sowie einen zum Betreiben not¬ wendigen Energiestrom aufnimmt und beide Energieströme bei höherer Temperatur (warme Seite) zur Nutzung als Wärmestrom abgibt. Die Wärmepumpe ist somit eine Heizeinrichtung. Sie findet Anwendung in der Klimatechnik, zur Wärmeversorgung von Gebäuden, Schwimmbädern und industriellen Prozessen. Entsprechend der verwendeten Wärmequelle und dem Heizwärme- träger werden unterschieden Wasser/Wasser-, Luft/Wasser-, Wasser/Luft- und Luft/Luft-Wärmepumpen. Mögliche Wärmepumpen- Bauarten sind Kompressions-Wärmepumpen mit Elektro- oder Ver¬ brennungsmotor als Antrieb und Sorptions-Wärmepumpen (Absorptionskältemaschine ) , die mit Wärmeenergie ange¬ trieben werden.
    [0006] Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer Wärme¬ pumpenanlage , deren Antrieb durch einen Verbrennungsmotor erfolgt. Dabei soll es Ziel der Erfindung sein, die Ver- brennungsgase bzw. Abgase des Verbrennungsmotors, der als
    [0007] Diesel-, Otto- oder Gasmotor ausgebildet sein kann, zusätz¬ lich, zur Wärmegewinnung auszunutzen, um auf diese Weise einen höheren Wirkungsgrad zu erhalten (siehe dazu DE-A-29 09 633). Zusätzlich soll jedoch neben erhöhter Ausnutzung der Abgas¬ wärme noch der Schadstoffgehalt der Abgase reduziert werden, so daß insgesamt eine umweltfreundliche Wärmegewinnung er¬ reicht wird.
    [0008] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei Anspruch 2 eine bevorzugte Weiterbildung des Erfindungsgedankens beschreibt.
    [0009] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch eine gesonderte Verbrennungseinheit zur Nachverbrennung der Abgase des Ver- brennungs otors sowie sowohl dem Verbrennungsmotor als auch der Nachverbrennungseinheit zugeordnete Wärmetauscher gekenn¬ zeichnet, mittels denen die Abwärme des Verbrennungsmotors und die durch die Nachverbrennung frei werdende Wärme an den Wärmeenergieträger, insbesondere Wasser, übertragbar ist. -3 -
    [0010] Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird verhindert, daß ein nicht unerheblicher Teil der bei der Verbrennung entstehenden Wärmemenge mit dem Abgas ungenutzt ins Freie entweicht. Des weiteren wird die dem Abgas immanente Ener¬ gie durch Nachverbrennung desselben ausgenutzt, wodurch gleichzeitig eine Emissions- sowie Schadstoff-Reduzierung erreicht wird.
    [0011] Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination bestehend aus einer durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Wärmepumpe und einer Abgas-Nachverbrennungseinheit stellt eine Art bivalentes Wärmegewinnungs-System dar, wobei. es gerade für Extremfälle vorteilhaft ist, wenn zusätzlich Brennstoff eingeleitet wird, wie Brenngas oder Öl. Die zu- sätzliche Einleitung von Brennstoff ist vorzugsweise temperaturgeregelt.
    [0012] Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt im Anschluß an die Nachverbrennung eine Abkühlung der ins Freie entweichenden Abgase, wobei die dafür ver¬ wendeten Abgaskühler zugleich Verdampfer der Wärmepumpen¬ anlage sind. Die Abgaskühlung erfolgt also unter entspre¬ chendem Wärmeentzug zur Vorwärmung des Wärmeenergieträgers.
    [0013] Die Abkühlung der ins Freie entweichenden Abgase erfolgt vorzugsweise in Stufen bis zur Kondensatbildung, wobei das letztlich anfallende Kondensat gesammelt und entfernt wird. Auf diese Weise entweicht ins Freie ein äußerst Schadstoffarmes Abgas mit relativ niedriger Temperatur, die jedoch noch etwas höher sein muß als die Umgebungs¬ temperatur, um einen ausreichenden Abzug zu gewährleisten. Gegebenenfalls können jedoch noch Abgas-Gebläse vorgesehen sein.
    [0014] Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In dieser be¬ deutet die Bezugsziffer 2 einen Verbrennungsmotor, der zum Antrieb von zwei hintereinander angeordneten Wärme¬ pumpen 6 und 5 dient, und zwar jeweils über einen elek¬ trischen Generator 1. Der elektrische Generator 1 ist mit dem Verbrennungsmotor 2 über eine Antriebswelle 17 gekoppelt. Die Verbrennungs- bzw. Abgase des Verbrennungs¬ motors 2 werden durch eine Abgasleitung 10 zu einer Ab- gas-Nachverbrennungseinheit 3 geleitet, der ein ölbrenner 16 sowie eine gesonderte Zuluf leitung 13 zugeordnet ist. Sowohl dem Verbrennungsmotor 2 als auch der Nachverbrennungs¬ einheit 3 ist jeweils ein Wärmetauscher 4 bzw. 15 zuge¬ ordnet, mittels denen die Abwärme des Verbrennungsmotors 2 bzw. die durch die Nachverbrennung frei werdende Wärme an einen durch die erwähnten Wärmepumpen 5 und 6 bereits vorerwärmten Wärmeenergieträger, insbesondere Wasser einer Heizungsanlage, übertragbar ist. Der Wärmeenergieträger, insbesondere Wasser, strömt durch die Leitungsabschnitte 18, 19, 20 und 21. Durch den Leitungsabschnitt 21 verläßt der Wärmeenergieträger die Wärmegewinnungs-Vorrichtung mit vorgegebener erhöhter Temperatur. Durch den Leitungs¬ abschnitt 18 strömt der abgekühlte Wärmeenergieträger wieder zurück.
    [0015] Dem Abgaskanal 11, 12, durch den die nachverbrannten Ab- gase ins Freie entweichen, sind ein vom Wärmeenergie¬ träger durchströmter Wärmetauscher 7 sowie zwei Abgas¬ kühler 8 und 9 zugeordnet, welche als Verdampfer der Wärmepumpen 5 und 6 dienen. Der Wärmetauscher 7 liegt zwischen den Leitungsabschnitten 18 und 19, an den sich unmittelbar die beiden Wärmepumpen 6 und 5 anschließen. Demnach wird durch den Wärmetauscher 7 der abgekühlte Wärmeenergieträger, z.B. Wasser, bereits vorerwärmt, bevor er die Wärmepumpen 6 und 5 erreicht. Dort wird der Wärme¬ energieträger zweistufig, nämlich zunächst durch die Wärme¬ pumpe 6 und anschließend durch die Wärmepumpe 5, auf er- höhte Temperatur gebracht. Die dafür erforderliche Energie wird zum einen durch die Abgaskühler 8 und 9 den ins Freie entweichenden Abgasen der Nachverbrennungseinheit 3 und zum anderen der Umgebung durch einen Luft-, Wasser- und/ oder Erdkollektor 14 entzogen. Der vor dem Abgasaustritt 12 angeordnete Abgaskühler 9 ist als Verdampfer der als erstes wirksamen Wärmepumpe 6 zugeordnet, während der in Abgas-Strömungsrichtung gesehen vor dem Abgaskühler 9 angeordnete Abgaskühler 8 sowie der Luft-, Wasser- und/ oder Ξrdkollektor 14 als Verdampfer der der Wärmepumpe 6 nachgeordneten Wärmepumpe 5 dienen. Auf diese Weise wird eine allmähliche Erwärmung des abgekühlten Wärmeenergie¬ trägers erreicht, wobei eine erste Erwärmung im im Abgas- Kanal 11 angeordneten Wärmetauscher 7 erfolgt.
    [0016] In dem den Wärmepumpen 6 und 5 nachgeordneten Wärmetauscher 4 , durch den die Übertragung eines Teils der Abwärme des Verbrennungsmotors 2 erfolgt, wird die Temperatur des Wärmeenergieträgers weiter erhöht. Durch den anschließen¬ den Leitungsabschnitt 20 gelangt der Wärmeenergieträger zur Nachverbrennungseinheit 3, in der der Wärmeenergieträ¬ ger auf eine noch höhere vorgegebene Temperatur gebracht wird. Die Wärmeübertragung erfolgt durch einen in der Nachverbrennungseinheit 3 angeordneten Wärmetauscher 15. Es ist auch denkbar, die den Wärmeenergieträger führende Leitung 20 unmittelbar durch die Nachverbrennungseinheit
    [0017] 3 hindurchzuführen, d.h. den Flammen in der Nachverbrennungs¬ einheit 3 unmittelbar auszusetzen. In diesem Fall ist je¬ doch eine genaue Temperaturregelung des Wärmeenergieträgers schwieriger.
    [0018] Wie bereits oben dargelegt, ist der Nachverbrennungs- -6- einheit 3 zusätzlich ein ölbrenner 16 zugeordnet, der auch dazu dient, die Nachverbrennung der Abgase des Verbrennungs¬ motors 2 auszulösen und aufrechtzuerhalten. Der Ölverbrauch ist jedoch denkbar gering, da ein . nicht unerheblichen Teil des Brennstoffs durch die Abgase des Verbrennungs¬ motors 2 gebildet wird. Des weiteren ist zur Aufrecht¬ erhaltung einer möglichst vollständigen Abgas-Verbrennung eine Zuluftleitung 13 vorgesehen, durch die der noch notwendige Sauerstoff in den Verbrennungsraum der Abgas- Nachverbrennungseinheit 3 geleitet wird.
    [0019] Im Abgaskanal 11, 12 wird das Abgas (Rauchgas) bis auf 50 °C abgekühlt. Bei einer weiteren Abkühlung bis auf etwa 20 °C sind Abgas-Gebläse erforderlich, um einen ausreichenden Abzug der Abgase ins Freie zu gewährleisten.
    [0020] Am Abgaskühler 9 kann es zur Kondensation von Stickstoff¬ oxiden, Kohlenwasserstoffen usw., kommen. Das entstehende Kondensat wird vorzugsweise gesammelt und entfernt. Die ns Freie entweichenden Abgase sind dementsprechend schad¬ stofffrei und relativ umweltfreundlich im Vergleich zu den Abgasen herkömmlicher Wärmepumpenanlagen mit einem Verbrennungsmotor als Antrieb.
    [0021] Sämtliche in den Unterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
    权利要求:
    Claims ΨVorrichtung zur Wärmegewinnung unter Verwendung einerWärmepumpenanlage(Neue) Patentansprüche
    1. Vorrichtung zur Wärmegewinnung unter Verwendung einer Wärme¬ pumpenanlage mit einem als Luft-, Wasser- und/oder Erdkollek¬ tor ausgebildeten Verdampfer (14) sowie einem Verbrennungs¬ motor (2) als Antrieb für die Wärmepumpe, wobei dem Verbren¬ nungsmotor (2) Abgaswärmetauscher (8, 9) zur Ausnutzung der. Abgaswärme zugeordnet sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Verbrennungseinheit (3) zur Nachverbrennung der Abgase des Verbrennungsmotors (2), und sowohl dem Verbrennungsmotor (2) als auch der Nachverbrennungseinheit (3) zugeordnete Wärmetauscher (4, 15), mittels denen die Abwärme des Verbren¬ nungsmotors (2) und die durch die Nachverbrennung frei wer¬ dende Wärme an einen durch die Wärmepumpe (5, 6) bereits vorerwärmten Energieträger, insbesondere Wasser, übertragbar ist, wobei die Abgas-Nachverbrennungseinheit (3) einen Brenner mit zusätzlicher Brennstoffzufuhr, insbesondere Öl- brenner (16), sowie eine regelbare Ergänzungs-Luftzufuhr (13) aufweist . Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Abgaswärmetauscher (8, 9) im Abgaskanal (11, 12) der Abgas-Nachverbrennungseinheit (3) angeordnet sind, wobei der eine Abgaswärmetauscher (8) einer ersten Wärme¬ pumpe (5) zugeordnet ist und zugleich als zusätzlicher Verdampfer zum Luft-, Wasser- und/oder Erdkollektor (14) dient, während der andere Abgaswärmetauscher (9) als einziger Verdampfer einer zweiten Wärmepumpe (6) zuge- ordnet ist, mittels dem das Abgas vor Entweichen ins Freie noch weiter - gegebenenfalls bis zur Kondensat¬ bildung - abkühlbar ist.
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    同族专利:
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    引用文献:
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    法律状态:
    1988-08-25| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
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    1988-09-21| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988901599 Country of ref document: EP |
    1989-03-08| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988901599 Country of ref document: EP |
    1992-01-02| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1988901599 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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