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Wärmepumpe ohne Fremdenergie-Zufuhr.
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Die Erfindung ist eine Wärmepumpe,die der Umgebung (Luft od.Wasser)
Wärme durch ihr Kältemedium in entspanntem Zustand entzieht und als dann nach Kompression
an den Wärmekreislauf abgibt,um nach Entspannen erneut Wärme aufzunehmen.Hierzu
werden die Stoffe der Umgebung motorisch herangeführt;auch der Kreislauf des Kältemediums
wird motorisch bewegt.Der Antrieb ist meist elektrisch,was volkswirtschaft lich
unerwunscht ist,wenn der Strom loo-e km herangeführt wird und aus Kraftwerken kommt,in
denen das 3-40fache an Energie verbaucht wird,als an Nutzenergie der Wärmepumpe
zugeführt werden kann, Auch wenn bei Bodenwasserzufuhr von der W.P.das 4-fache der
zugeführten el.Energie in Wärme umgewandelt wird,ist die Wärmeabgabe der Kraftwerkskühltürme
an die Flüsse verwerflich. (Fischsterben!) ESne WP.mit luftzufuhr erbringt nur das
2,4-fache an Energieausbeute,sodaß 0,6:2,4 = 25 % Endergie mehr verbraucht als erzeugt
wird, also nicht gespart,sondern verschwendet wird.Aus diesem Grunde baut man WP.-s
mit Gas-oder Dieselmotoren-Antrieb,die aber Iärm-u@Abgas-Probleme mit sich bringen;Absorptions-WPs
sind zu große fürs Haus, 1)ie Erfindung möchte hier eine Lücke schließen durch das
Heißluft-(Sterling-)Princip,dessen geschlossener Kreislauf problemlos ist.
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Hierbei wird ein Teil der vom Zentralheizungsofen erzeugten Wärme
in motorische Energie umgewandelt zum Antrieb der Pumpsysteme,die vollautomatisch
+ niedrigtourig,geräuscharm und langlebig arbeiten.
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Im Optimalfall kann eine solche WP.bei Wasserzufuhr 40 % der Ofenwärme
in 160 % Wärme umwandeln + 5090 Abwärme nutzen bei 10% Verlust das ergibt 210 %
Nutzeffekt,also über 50% Heizenergieeinsparung.
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Bei Luftzufuhr kann die WP.=2,5x 40%= loo % umwandeln und dazu.noch
50 % Abwärme nutzen bei.10 O/o Verlust,also 33 1/3 % im Ganzen sparen Princip-Beschreibung.
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Die Einrichtung ist einem Sterling-Motor vergleichbar,dessen Ver--dränger,wie
in Pa:P 30 18 177.2 und Zus.P 31 07 723.4 ausgeführt, nicht wie üblich durch Excenter
+ Pleuel oder durch ein Rhombenge triebe (nach Philips) bewegt wird,sondern pneumatisch,also
etwa wie Preßlufthämmer arbeiten.Motorische Energie benötigt die Wärmepumpe als
Pumparbeit,und erscheint daher der Umweg über eine rotierende Achse als abwegig.Ursprünglich
war ja der Sterling ein PumpmotorO Um nun auch noch den Kurbeltrieb einzusparen,ist
zur Überwindung der Totpunkt-Bereiche ein elastisches Paar pneumatischerzylinder
angeordnet,durch die die hin-und hergeherlen Teile ruhig und stoßfrei schwingen'langlebig
+ geräuschlos,für den Hausgebrauch geeignet.
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Der Hauptkolbentreibt einen kleinen Kompressor,zur Beschaffung der
Wärmepumpe
ohne Fremdenergie -Zufuhr Betriebspreßluft,sowie einen weiteren zur Verdichtung
des Kältemediums,sowie noch eine große Pumpe zur Suftförderung,oder eine Wasserpumpe,falls
Wasser zum Wärmeentzug zur Verfügung steht.
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@onstruktionsbeschreibung.
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Pig.l-8 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer solchen Wärmepumpe gemäß
der Erfindung;ein Verzeichnis zur Erläuterung der Bezugsziffern ist beigegeben.Im
Hauptzylinder (1) wird der Verdränger (2) auf-und abbewegt und dabei die eingeschlossene
Gasmasse (Luft) wie in Fig.2 dargestellt über Kanäle (184) in des vom Kühler kalten,oberen
Raum (7). gedrängt,wo sie sich zusammenzieht und den Hauptkolben (9) abwärts treibt.Wenn
der Verdränger wieder aufwärts geht,treibt er das Arbeitsgas aus dem kalten Raum
(7) hinunter in den heißen Raum über die Kanäle in der Scheibe (182) in den unteren
heißen Teil des Zylinders (l),wo es sich ausdehnt und den Kolben (9) nach oben treibt.
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Der Verdränger (2) ist über die Rundstangen (4+3) mit dem Steuerkolben
(5) verbunden,der im Steuerzylinder (6) pneumatisch bewegt wird.
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Die ihn bewegende Preßluft tritt über das Ventil (92) in den Einlaß
(9o) bezw.(91) ein und über das Ventil (89) durch den Auslaß (93) bezw.(94) aus.Die
Ventile sind aber nicht unmittelbar mit dem Haupt kolben (9) verbunden,sondern@überrden
Luftförderkolben (29),dessen darauf angeordnete Stößel (11) durch die Hubbegrenzungshülsen
(12) die große Steuerscheibe (712) nur in den Endphasen des Kolbenhubs (9) verstellen,
sodaß alle mit ihr verbundenen Ventile immer nur in den Endphasen der Kolben-(9)-bewegung
betätigt werden,nicht aber während des Auf-und Abgangs.Die heiße Zone unten entsteht
aus dem feuerfest (86) ausgekleideten Verbrennungsraum (88),der von dem Brenner
(85) mit Öl'Gas.Kohlastaub oder Abgas pp.beheizt wird;die Feuergase steigen nach
oben durch die seitlichen Öffnungen der Platte (182) in den heißen Raum darüber
mit den Erhitzerrohren (82) und verlassen ihn bei (185) möglichst in einen Abhitzeverwerter.-Die
Platte (182) enthält aber auch Eanäle,durch die der heiße Bodenraum des Hauptzylinders
(1) mit den Überhitzerrohren (82) verbunden ist.
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sodaß das Arbeitsgas bei Abwärtsgang des Verdrängers 2 über die darüber
angeordneten Regeneratoren (aus porösem Gestein=83) in die Kühlrohre (84) gedrängt
wird, von wo aus es in die Kanäle der oberen Platte (184) in den kalten Raum (7)
gelangt,wie eingangs geschildert und auch umgekehrt vorstellbar ist0Ohne diese Regeneratoren
(83)-nach Philips-würde das Arbeitsgas hauptsächlich das Kühlwasser aufheizen,anstatt
Arbeit zu leisten,So aber wird die Wärme des Arbeitsgases beim Aufsteigen dem Regenerator
einverleibt,der sie beim Abwärtsströmen an das Arbeitsgas wieder abgibt,soda} schon
ein Effekt
Wärmepumpe ohne Fremdenergie-Zufuhr von 4c96 erzielt
werden kann.Zur Überwindung der Totpunkte ist Fig.8 die große Steuerscheibe (712)
durch die Kolbenstange (911) mit dem Pneumatikkolben (912) verbundenoder sich im
ortsfesten Pneumatikzylinder (729) auf-und abbewegt,und damit die Schwungscheibe
ersetzt, was die Konstruktion vereinfacht.Für die Heranschaffung der Wärmeabgebenden
Medien-hier Luft- ist der mit dem Hauptkolben (9) festverbundene Luftförderkolben
(29) im festangeordneten Zylinder (229) -Fig.5+6- angeordnet.dessen Ein-undAusläße
sinngemäß von dem Steuerzylinder (329) geregelt werden.sodaß ein dauernder Luftstrom
im Kanal (429)-in Fig.5+6-in Pfeilrichtung stattfindet und einem Austauscher zum
Wärmeentzug zur Verfügung steht.In Fig. 3+4 sind auch die beiden symmetrisch angeordneten
Zylinder (129) gezeigt,die zur Erzeugung der Betriebspresßluft dienen,mittels der
der Steuerkolben (6) versorgt wird,der ja den Verdränger betätigt.In gleicher Weise
ist nur in Fig.3 das ähnlich arbeitende Paar der Kompressor-Zylinder (529) angedeutet,mittels
derer das Kältemittel in an sich bekannter Weise bewegt wird.In Fig.3 ist auch flüchtig
angedeutet,daß die Preßluft zwischen Erzeugung (129) und Verbrauch (6) bei (5c)
so gespeichert werden kann.also für den Wiederanlauf bereit stehteDer im Kanal (429)
fest angeordnete Luftzylinder (229) weistDwie in FiS 5+6 zu sehen ist,links einen
Halbkreis von Löchern auf,die mit den entsprechenden Löchern im Steuerzylinder (329)
wechselnd kommuniziF ren oder überdecken,während der Luftauslass auf der rechten
Seite von durchgehenden,auch unten und oben befindlichen Ausschnitten sinngemäß
gesteuert wird,wenn der Steuerzylinder (329) von den Verbindungsstangen (812)durch
die Hauptsteuerscheibe (712) in den Endphasen des Hauptkolbens (9) sinngemäß auf-
und abbewegt wird.Um nun den Abwärtsgang des Hauptkolbens (9) zu verstärken,ist
der über ihm befindliche Raum (lo) durch die in der darüber befindlichen Scheibe
(119) angebrachten Kanäle mit dem Pufferraum (28,) verbunden,dessen Druck entsprechend
eingestellt ist,um den Abwärtsgang vom Hauptkol ben (9) so zu unterstützen,daß alle
Pumpen doppelseitig arbeiten können.Das ganze System der Wärmepumpe mit Wärmeaustauschern
gegenuber dem Luft-od.Wasserstrom einerseits und dem Kältemittel andererseits ist
hier nicht dargestellt,da öffentlich ausgestellt=bekannt.
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die Vollständigkeit halber sei erwähnt,daß statt Luft oder Gas auch
verdampfende Flüssigkeiten als Arbeitsgas verwandt werden können, wenn nur keine
Frem@energie zugeführt wird oder Abgase entstehen,wie dies auch bei Heliumturbinen
oder Dampfturbinen mit Vacuum der Fall ist,also bei geschlossenem Kreislaul,ohne
jede Gasabgeab nach außen!
Wärmepumpe ohne zusatz zu S.1-5 + Fig.
1 - 8 Die zuvor aufgestellte Forderung nach einem geräuscharmen und erschütterungsfreien
Gang der Wärmepumpe dürfte besonders bei der Teildarstellung in Fig.8 nicht gerade
als gelöst erscheinen.
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Besonders der krasse Gegensatz der Masse der Hauptsteuerscheibe 712
samt den vielen Ventilen der 5 in Fig.3 dargestellten Zylinder und dazu noch dem
mit ihr verbundenen großen Steuerzylinder 329 einerseits und dem verhältnismäßig
kleinen Dämpfungszylinder 729 dazu läßt doch kaum einen ruhigen Lauf erwarten.
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Es liegt daher nahe,andere Wege zu beschreiten und bztet sich dazu
der Luftförderzylinder (29) mit seinem-fast siebenfachen Durchmesser,also der fast
So-fachen Fläche answo er doch oben und unten in je einen abgeschlossenen Raum eintrittoder
von dem Zylinder (29) und dem Buftförderzylinder 229 und den beiden Luftschachtflächen
429 gebildet wird,sodaß oben und unten ein idealer Pufferraum entsteht,der die kinetische
Energie des Kolbenpaares (9) und (29) auffängt und wieder zurückwirft,mit erheblich
kleinerem Druck als 729.
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Darüber hinaus liegt es nun nahe,auch die Verbindung von der Hauptsteuer-Schpibe
712 mit den übrigen Regel-VeStilen,bezw.Zylindern zu lösen und auch diese rein pneumatisch
zu steuern,zumal ja eine zentrale Preßluftanlage zur Verfügung steht.Die große Hauptsteuerschei,
be 712 wird damit entbehrlich.Die Lösung ist in Fig. 9 dargestellt.
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Zwischen den beiden Luftschachtwänden (429) befindet sich der Luftförderzylinder
(229),der von dem Steuerzylinder (329) umgeben ist, wie dies bereits in Fig. 5+6
dargestellt war;der Kolben (29) ist ebenfalls wieder mit dem Hauptantriebskolben
(9) fest verbunden,und läuft durch dessen Mitte die Steuerstange (4) hindurch,die
mit dem-Steuerkolben (5) in dem Zylinder (6) verbunden ist,wodurch der Verdränger
(2) betätigt wird.Die Steuerung des Kolbens (5) wird nun, wie bereits beschrieben,durch
die Ventile (92) und (89) bewirkt.
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Hier sind nun aber diese beiden Ventile oben und unten an die pneumatischen
Leitungen (9ol) bezw.(9o2) angeschlossen,welch letztere in der Darstellung Fig.9
gerade unter Druck steht, sodaß die Ventile nach oben gedrückt werden,weil ja das
allgemeine Steuerventil (94o) durch den Steuerarm (942) über das Hebel-Parallelogramm,das
gestrichelt angedeutet ist,nach oben gedrückt ist, sodass die Preßluft von (50+)
zwischen dem mittlerem Kolbenpaar des allgemeinen Steuerventils (940) in die Leitung
(902) strömt,welche mit den unteren Ausgängen der Ventile (92) und (89) verbunden
ist und diese nach oben drückt,wie auch die beiden Kolben der Zylinder (938),wo=
durch dann der große Steuerzylinder (329) gehoben wird.
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Wärmepumpe ohne Fremdenergie -Zufuhr Zusatz zu S.14 + Fig. 1 - 8 Die
Überfallfeder (94l),rechts vom allgemeinen Steuerventil (940) hält dies in der eben
eingestellten Stellung fest,auch wenn durch die nun nachfolgende Bewegung des Kolbens
(9) bezw.(29) abwärts der Steuerarm (942) keinen Einfluss mehr auf das allgemeine
Steuer-Ventil (94o) nehmen kann.Hierdurch wird erreicht,daß die eben eingestellten
Ventilstellungen auch während des nachfolgenden Kolbenhubs (9+29) erhalten bleiben,unQr
dem dauernd fortwirkenden Druck der Preßluftleitung (902), bis dann am Ende des
Kolbenhubs durch den Steuerarm (942) der Gegentakt eingeleitet wird.
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Wie bereits angedeutet und aus der Zeichnung ersichtlich ist,wird
außer den 5 bezw.lo Steuerventilen der kleineren Zylinder nun auch der große Steuerzylinder
(329) in gleicher Weise während des ganzen Kolben-hubs festgehalten,sodass also
der Luftstrom in Richtung-der Pfeile in Fig.9 erfolgt.Diese Bewegung durch die zB.4
Luftzylinder (938) läßt trotz der Größe des Zylinders (329) einen r logen Lauf erwarten.
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Ergänzend sei noch bemerkt,daß in Fig.9 oben rechts bei (50+) der
Eintritt der zentralen Preßluft erfolgt, und der Austritt bei (50-) auf der linken
Seite oben.
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Eine ganz elegante Lösung für die Betätigung des allgemeinen Steuerventils
(940) bietet sich aber noch vonseiten der großen Pufferräume über,besw.unterhalb
des Luftförderkolbens (29) an;hier entstehen jeweils am Ende eines Hubs sehr hohe
Drücke,die man,wie in Pig.9 eingezeichnet über die Leitungen 94S und 944 auf das
allgemeine Steuerventil (940) aufschalten kann9sodaß dieses von hier aus ganz ohne
alles weitere Zutun in richtiger Weise bewegt wird,sodaß die Umschaltung immer gerade
in den Totbereichen erfolgt,wie es ja sein soll.Durch REchnung und Versuche ist
allerdings zu ermitteln, ob diese späte Umschaltung für die Steuerung der Anlage
ausreicht, oder ob man nicht doch wieder zudem Steuerarm (942) wieder zurück greifen
soll,der es ja ermöglicht,den Zeitpunkt der Umschaltung frei zu wahlen,wie es sich
alsam zweckmässigsten herausstellt.
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Wärmepumpe ohne Fremdenergie-Zufuhr Nummern-Liste zu Fig. 1. - 8 l.Hauptzylinder,in
dessen Inneren sich der 2.Verdränger-Zylinder auf- und abbewegt durch Steuerzylinder
(6) 3.Verbindungsstange vom Steuerkolben 5 zu Verdränger (2) dazu 4.Fortsetzung
dieser Verbindung durch den Hauptkolben (9) durch 5.Steuerkolben für Bewegung des
Verdrängers,vom 6.Steuerzylinder pneumatisch gesteuert durch Luftdruckimpulse 7.Kalt-Raum,der
durch Kühlwasser gekühlt wird,das von 8.dem Hausheizungswasserkreislauf herkommt.
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9.Haupt-Arbeitskolben,von dem eigentlichen Treibgas bewegt.
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lo.Der Raum über dem Kolben (9),der mit Pufferraum (28) verbunden
ll.Stößel,am Luftförderkolben (29) befestigt,geben Impuls von 9 an 12.Hülsen-Hubbegrenzer
weiter,in den Endphasen auf die große Steuerscheibe (712),an der sämtliche Aus-u.Einlassventile
hängen.
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28.Pufferraum.drückt über Raum (lo) auf Hauptkolben (9) abwärts.
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29.Luftförderkolben,für Heranbringung von Luft aus der Umgebung 50.Sammelspeicher
für Betriebspreßluft aus (129) für Zyl.(6) 82.Rippenheizrohre für Erwärmung des
Arbeitsgases beim Aufsteigen 83.Regeneratoren aus porösem Gestein zu Wärmespeicherung
unterwegs 84.Kühlrohre zur Abkühlung des Arbeitsgases vor Eintritt in (7) 85.Heizbrenner
für Öl,Gas,Kohlenstaub,Abgase od.dergl.
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86.Chamotte-Auskleidung des unteren Feuerraums (88) 87.dito für Raum
der Heizrohre und Regeneratoren 88.Feuerraum,für Verbrennung des Heizmaterials aus
(85) ----in Fig.7-89.Steuerventilstange für die Auslässe des Steuerzylinders (6),
ist mit derHauptsteuerscheibe (712) verbunden.
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9o.+91.= Preßluft-Einlässe für den Steuerkolben (6) 93.+94.= Preßluft-auslässe
für den Steuerkolben (6) 92.Steuerventilstange tfür die Einlässe des Steuerzylinders
(6), ebenfalls wie (89) mit der Hauptsteuerscheibe'(712) verbunden ---in Fig.2.+
4.-ll9.durchbohrte Platte mit Kanälen,verbinden Raum (lo) mit (28)-129.Preßluft-Erzeuger
für Versorgung des Steuerzylinders 6) 182.Platte mit Kanälen für Heißluft aus (1)
in Heizrohre 82) 184.Platte mit Kanälen für Kaltluft aus (83) in Kühlrohre (84)Fig.4
185.Austritt der Heizgase von (88) aus Raum der Heizrohre (82) ----zu Fig.5+6-229.fest
im Luftkanal (429) befestigter Luftförderzylinder mit Kolben (29)-nach links zu
in 1 cm Abstand mit Löchern versehen als Lufteinlass und rechts durchgehende Ausschnitte
gegen Kanal 429 als Auslässe,tätig in Abhängigkeit von der Steuerscheibe 712 u.
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329.von einem 229 umhüllenden Steuerzylinder abwechselnd bedeckt u.
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wieder freigegeben, der durch Bolzen (812) mit 7l2 terbunden ist'
429.sind die 4 Wände des rechteckigen Umgebungsluftkanals n.außen ----in Fig.3-529.sind
die beiden Kompressoren für das Kältemedium ----in Fig. 5+6-629. deutet den Luftaustritt
des Luftförderzylinders (229) an ----in Fig.2+4+7+8-712.die Hauptsteuerscheibe,die
mit den Hülsen (12) verbunden von den Stößeln (11) in den Endphasen des Kolbens
(9) bewegt wird 812.Bolzen an (712) bewegen den Steuerzylinder (329) für die Steuerung
der Luft-Zu-und Aus-Tritte des Luftförderkolbens (229).
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----in Fig.-8-79.Schwingungsdämpfer-Zylinder,in dem 912.der Schwingungs-Dämpfer-Kolben
auf-und abschwingt und durch 911.einen Bolzen mit der darüber befindlichen Hauptsteuerscheibe
(712) fest verbunden ist,ihre Schwingungen 1dämpfend".
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Wärmepumpe ohne Energiezufuhr (fremd) Ergänzung Nummernliste S.-6-50-
Preßluft-Auslass 92 Steuerventil zu Kolben 5 Zylinder 6 6 Steuerzylinder für den
Verdränger (2) Steuerkolben im Zylinder (6) 89 Steuerrontil für den Zylinder (6)
50+ Preßluft-Einlass 940 AllgemeinesSteuerventil (4-Kolbenventil) 9o1 mit Druckluft
erfüllte Leitung des Ventils 940 drucklos 902 mit Druckluft erfüllte Leitung des
Ventils 940 mit Druck 941 Uberklapp-Fixierung des Ventils 940 942 Steuerarm für
die Einstellung des Ventile 940 nach kolbenhub 938 Pneumatik-Stelleinrichtung für
Luftförder-Steuerkolben 329 429 die 4 Wande des Luftforderkanals 812 Bolzen zur
Bewegung von 329 durch die Zylinder 938 229 fester Luftförderzylinder wie bisher,
29 Kolben der Luftförderanlage 4 Kolbenstange zu Kolben 5 wie bicher
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e e r s e i t e