DE4434831A1 - Anlage zur kombinierten Energieerzeugung - Google Patents

Anlage zur kombinierten Energieerzeugung

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Description

Der Erfindung zugrundeliegender, allgemeiner Stand der Technik (1) Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung mit einer Hausstromerzeugungseinrichtung zur Stromversorgung hausstromverbrauchender Einrichtungen, wobei Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung zur Raumheizung und/oder zu Kühlzwecken verwendet wird.
(2) Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Eine konventionelle Anlage zur kombinierten Energieerzeugung, wie oben beschrieben, wird zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung (ungeprüft) Nr. 2-23211 offenbart.
Bei der konventionellen Anlage zur kombinierten Energieerzeugung wird Abgas einer Zweiwellengasturbine an einen Abwärmekessel zur Erzeugung heißen Dampfes geleitet. Der heiße Dampf wird einer Kondensations-Entnahmeturbine zwecks Antriebs eines Synchrongenerators zur Energieerzeugung zugeführt. Heißes Wasser wird aus der Abwärme des Abwärmekessels erhalten, während kaltes Wasser dadurch erhalten wird, indem der Kondensations-Entnahmeturbine entnommener Dampf einer Absorptionskühleinrichtung zugeführt wird. Das heiße und kalte Wasser wird zur Raumheizung beziehungsweise zu Kühlzwecken verwendet.
Bei der konventionellen Anlage werden gewöhnlich Pumpen eingesetzt, um das heiße Wasser zum Zwecke der Raumheizung und das kalte Wasser zum Zwecke der Raumkühlung an Wärmeaustauscher zu leiten. Die Pumpen werden durch die aus dem Synchrongenerator abgeleitete Energie angetrieben.
Für die obenerwähnte Anlage werden jedoch zahlreiche Großraumpumpen benötigt, um, zum Beispiel in einem Gebäude, unter Druck heißes und kaltes Wasser zu liefern. Nachteil sind die daraus resultierenden erhöhten Kosten einer solchen Anlage. Des weiteren kann die Hausstromerzeugungseinrichtung, da alleine der Pumpenantrieb einen beträchtlichen Energieverbrauch aufweist, nur mit einer hohen Ausgangsleistung arbeiten, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Grundkosten beiträgt. Zum anderen weist eine Anlage, welcher Energie aus einer externen Quelle zugeführt wird, hohe laufende Kosten auf. Infolgedessen ist diese Anlage sowohl in bezug auf die Installation als auch den Betrieb zu kostenaufwendig.
Zusammenfassung der Erfindung
Primäre Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung mit einer Hausstromerzeugungseinrichtung zur Stromversorgung hausstromverbrauchender Einrichtungen vorzusehen, wobei Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung zu Raumheizungszwecken verwendet wird, welche sowohl im Hinblick auf die Installation als auch den Betrieb kostengünstig ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung, wie obenerwähnt, vorzusehen, welche mit Heizbelastungsveränderungen, die die Abwärme einer Hausstromerzeugungseinrichtung überschreiten, problemlos umgehen kann.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung, wie obenerwähnt, vorzusehen, welche die Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung wirksam nutzt.
Auch ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung mit einer Hausstromerzeugungseinrichtung zwecks Versorgung hausstromverbrauchender Einrichtungen vorzusehen, wobei Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung zum Zwecke der Raumkühlung verwendet wird, welche sich sowohl in bezug auf die Installation als auch den Betrieb als kostengünstig erweist.
Zum anderen ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung, wie obenerwähnt, vorzusehen, welche mit Kühlbelastungsveränderungen problemlos umgehen kann, selbst wenn die Hausstromerzeugungseinrichtung eine begrenzte Ausgangsleistung aufweist.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Anlage zur kombinierten Energieerzeugung vorzusehen, wobei die Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung sowohl zu Zwecken der Raumkühlung als auch zu Zwecken der Raumheizung verwendet wird.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung vorzusehen, die mit Kühlbelastungsveränderungen, welche die Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung überschreiten, problemlos umgehen kann.
Weitere Aufgaben der Erfindung sind aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, die hier noch genannt werden, ersichtlich.
Die obengenannten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung gelöst, welche eine Hausstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Energie zwecks Versorgung hausstromverbrauchender Einrichtungen, einen quellenseitigen, an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossenen Wärmeaustauscher, welcher als Wärmequelle arbeitet, oberhalb des quellenseitigen Wärmeaustauschers angeordnete Wärmeaustauscher zur Raumheizung, welche als Benutzergeräte arbeiten, wobei die Wärmeaustauscher zur Raumheizung über eine Umlaufrohrleitung mit einem Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenen Wärmemittel an den quellenseitigen Wärmeaustauscher angeschlossen sind, einen an die Umlaufleitung angeschlossenen Radiator, Überschußwärmeermittlungsvorrichtungen, um vorhandene Überschußwärme zu ermitteln und ein Abstrahlungssignal zu übermitteln, sowie eine in Reaktion auf das Abstrahlungssignal wirksam werdende Abstrahlungskontrollvorrichtung, um den Radiator in den Abstrahlungszustand zu versetzen, aufweist.
Nach der erfindungsgemäßen Anlage zur kombinierten Energieerzeugung führt die Hausstromerzeugungseinrichtung den hausstromverbrauchenden Einrichtungen Energie zu, während die Abwärme der Erzeugungseinrichtung an den quellenseitigen Wärmeaustauscher zur Raumheizung über das im natürlichen Umlauf zwischen dem quellenseitigen Wärmeaustauscher und den Wärmeaustauschern zur Raumheizung strömende Wärmemittel geleitet wird. Sobald die von der Hausstromerzeugungseinrichtung abgeleitete Abwärme eine bestimmte, seitens der Wärmeaustauscher zur Raumheizung benötigte Höhe überschreitet, versetzt die Abstrahlungskontrollvorrichtung den Radiator zwecks Freisetzung der Überschußwärme automatisch in den Abstrahlungszustand. Auf diese Weise wird das Wärmemittel in geregelter Höhe den Wärmeaustauschern zur Raumheizung zugeführt, während die Hausstromerzeugungseinrichtung eine vorgegebene Energieerzeugung vornimmt.
So wird die von der Hausstromerzeugungseinrichtung erzeugte Energie den hausstromverbrauchenden Einrichtungen zugeführt, wobei die Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung zur Erwärmung und Verdampfung des Wärmemittels verwendet wird. Die Räume werden durch das im natürlichen Umlauf zwischen dem quellenseitigen Wärmeaustauscher und den Wärmeaustauschern zur Raumheizung fließende Wärmemittel beheizt. Folglich verzichtet diese Anlage auf den Wärmeübertragungsantrieb, wie zum Beispiel Pumpen, um das Wärmemittel den Wärmeaustauschern zur Raumheizung zuzuführen, wodurch die Wartung vereinfacht wird. Die Hausstromerzeugungseinrichtung führt den hausstromverbrauchenden Einrichtungen Energie zu, während die Abwärme der Erzeugungseinrichtung zur Raumheizung verwendet wird. Die gesamte Anlage ist sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb kostengünstig.
Sobald die von der Hausstromerzeugungseinrichtung abgeleitet Abwärme eine von den Wärmeaustauschern zur Raumheizung benötigte Höhe überschreitet, wird die Überschußwärme automatisch von dem Radiator freigesetzt.
Diese Regelungsart ist einfacher als die Zuführung über Pumpen und trägt dazu bei, die Kosten der Anlage zu senken.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung kann der quellenseitige Wärmeaustauscher über eine Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossen werden, und die Anlage zur kombinierten Energieerzeugung kann außerdem eine Entlastungsrohrleitung aufweisen, welche an die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung angeschlossen ist und sich durch einen Wärmevorratstank erstreckt, wobei die Entlastungsrohrleitung ein Einstellventil zum Öffnen und Schließen der Rückgewinnungsrohrleitung aufweist.
Bei dieser Anlage zur kombinierten Energieerzeugung wird überschüssige Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung dem Wärmevorratstank zum Beispiel bei Tage zugeführt, wenn die Heizbelastung im Verhältnis zu der erzeugten Energie gering ist. Auf diese Weise kann ein, die aus der Hausstromerzeugungseinrichtung abgeleitete Abwärme überschreitender Anstieg der Heizbelastung, wie dieser am Abend bis nachts und am darauffolgenden Morgen zu verzeichnen ist, kompensiert werden.
Somit wird Überschußwärme in dem Wärmevorratstank gespeichert, um einen, die aus der Hausstromerzeugungseinrichtung abgeleitete Abwärme überschreitenden Anstieg der Heizbelastung, wie dieser am Abend bis in die Nachtstunden und am darauffolgenden Morgen zu verzeichnen ist, bewältigen zu können. Die in dem Wärmevorratstank gespeicherte Wärme dient dazu, einen Wärmemangel auszugleichen, wenn die Heizbelastung die aus der Hausstromerzeugungseinrichtung abgeleitete Abwärme überschreitet.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung kann die obenerwähnte Anlage zur kombinierten Energieerzeugung des weiteren einen an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Wasservorratstank aufweisen.
Bei dieser Anlage zur kombinierten Energieerzeugung kann das Wärmemittel in natürlichem Umlauf auch in den Wasservorratstank fließen, um die aus der Hausstromerzeugungseinrichtung abgeleitete Abwärme zur Warmwassergewinnung zu nutzen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung vorgesehen, welche eine Hausstromerzeugungseinrichtung aufweist, um erzeugte Energie hausstromverbrauchenden Einrichtungen zuzuführen; ferner einen an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossenen quellenseitigen Wärmeaustauscher, welcher als Wärmequelle arbeitet; eine oberhalb des quellenseitigen Wärmetauschers angeordnete Absorptionskühlvorrichtung, wobei die Absorptionskühlvorrichtung über eine Umlaufrohrleitung mit einem Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenen Wärmemittel an den quellenseitigen Wärmeaustauscher angeschlossen ist; unterhalb der Absorptionskühlvorrichtung angeordnete Wärmeaustauscher zur Raumkühlung, welche als Benutzergeräte arbeiten, wobei die Wärmeaustauscher zur Raumkühlung über eine Umlaufrohrleitung zur Raumkühlung mit einem Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenen Wärmemittel an einen Evaporator der Absorptionskühlvorrichtung angeschlossen sind; einen an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Radiator; Überschußwärmeermittlungsvorrichtungen, um vorhandene Überschußwärme zu ermitteln und ein Abstrahlungssignal zu übermitteln; sowie eine in Reaktion auf das Abstrahlungssignal wirksam werdende Abstrahlungskontrollvorrichtung, um den Radiator in den Abstrahlungszustand zu versetzen.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage zur kombinierten Energieerzeugung führt die Hausstromerzeugungseinrichtung den hausstromverbrauchenden Einrichtungen Energie zu, wobei Abwärme der Erzeugungseinrichtung an den quellenseitigen Wärmetauscher geleitet wird. Ein Wärmemittel fließt im natürlichen Umlauf zwischen dem quellenseitigen Wärmeaustauscher und dem Evaporator der Absorptionskühlvorrichtung. Ferner fließt ein anderes Wärmemittel im natürlichen Umlauf zwischen dem Evaporator und den Wärmeaustauschern zur Raumkühlung. Sobald die Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung eine bestimmte, seitens der Wärmeaustauscher zur Raumkühlung benötigte Höhe überschreitet, versetzt die Abstrahlungskontrollvorrichtung den Radiator zwecks Freisetzung der Überschußwärme automatisch in den Abstrahlungszustand. Auf diese Weise wird das Wärmemittel in geregelter Höhe den Wärmeaustauschern zur Raumkühlung zugeführt, während die Hausstromerzeugungseinrichtung eine vorgegebene Energieerzeugung vornimmt.
So wird die von der Hausstromerzeugungseinrichtung erzeugte Energie den hausstromverbrauchenden Einrichtungen zugeführt, wobei die Abwärme der Hausstromerzeugungseinrichtung zur Erwärmung und Verdampfung des Wärmemittels verwendet wird. Die Räume werden durch das im natürlichen Umlauf zwischen dem quellenseitigen Wärmeaustauscher und dem Evaporator der Absorptionskühlvorrichtung fließende Wärmemittel und durch das im natürlichen Umlauf zwischen dem Evaporator und den Wärmeaustauschern zur Raumkühlung fließende Wärmemittel gekühlt. Folglich verzichtete diese Anlage auf den Wärmeübertragungsantrieb, wie zum Beispiel Pumpen, um das Wärmemittel den Wärmeaustauschern zur Raumkühlung zuzuführen, wodurch die Wartung vereinfacht wird. Die Hausstromerzeugungseinrichtung führt den hausstromverbrauchenden Einrichtungen Energie zu, während die Abwärme der Erzeugungseinrichtung zur Raumkühlung verwendet wird. Die gesamte Anlage ist sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb kostengünstig.
Sobald die Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung eine von den Wärmeaustauschern zur Raumkühlung benötigte Höhe überschreitet, wird die Überschußwärme automatisch von dem Radiator freigesetzt. Diese Regelungsart ist einfacher als die Zuführung über Pumpen und trägt dazu bei, die Kosten der Anlage zu senken.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung kann die obenerwähnte Anlage zur kombinierten Energieerzeugung des weiteren eine durch die Hausstromerzeugungseinrichtung angetriebene Eiserzeugungsvorrichtung, einen an die Eiserzeugungseinrichtung angeschlossenen Eisvorratstank und einen weiteren, an den Evaporator angrenzenden Wärmeaustauscher aufweisen, wobei der Eisvorratstank und der weitere Wärmeaustauscher über eine Kühlleitung miteinander verbunden sind.
Diese Anlage zur kombinierten Energieerzeugung besitzt den wirtschaftlichen Vorteil, daß sie selbst bei einer geringen Leistung der Hausstromerzeugungseinrichtung mit einer erhöhten Kühlbelastung problemlos umgehen kann.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung kann die obenerwähnte Anlage zur kombinierten Energieerzeugung außerdem Wärmetauscher zur Raumheizung aufweisen, welche an die Umlaufrohrleitung angeschlossen sind und als Benutzergeräte arbeiten.
Bei dieser Anlage zur kombinierten Energieerzeugung können die Räume durch das in natürlichem Umlauf zwischen dem quellenseitigen Wärmeaustauscher und den Wärmeaustauschern zur Raumheizung fließende Wärmemittel beheizt werden.
Somit weist die Anlage zur kombinierten Energieerzeugung eine einfache und kostengünstige Konstruktion auf, um durch Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung sowohl eine Beheizung als auch Kühlung von Räumen vorzunehmen.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung kann die obenerwähnte Anlage zur kombinierten Energieerzeugung ferner eine mit der Hausstromerzeugungseinrichtung und dem quellenseitigen Wärmeaustauscher verbundene Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung und eine an die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung angeschlossene und sich durch einen Wärmevorratstank erstreckende Entlastungsrohrleitung aufweisen, wobei die Entlastungrohrleitung ein Einstellventil zum Öffnen und Schließen der Entlastungsrohrleitung besitzt.
Bei dieser Anlage zur kombinierten Energieerzeugung wird überschüssige Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung dem Wärmevorratstank dann zugeführt, wenn die Kühlbelastung im Verhältnis zur erzeugten Energie gering ist. So kann ein Anstieg der Kühlbelastung, wie dieser zum Beispiel bei Tage zu verzeichnen ist, kompensiert werden.
Somit wird Überschußwärme in dem Wärmevorratstank gespeichert, um einen, die aus der Hausstromerzeugungseinrichtung abgeleitete Abwärme überschreitenden Anstieg der Kühlbelastung, wie dieser bei Tage zu verzeichnen ist, bewältigen zu können. Die in dem Wärmevorratstank gespeicherte Wärme dient dazu, einen Wärmemangel auszugleichen, wenn die Kühlbelastung die Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung überschreitet.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung kann die obenerwähnte Anlage zur kombinierten Energieerzeugung außerdem einen an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Wasservorratstank aufweisen.
Bei dieser Anlage zur kombinierten Energieerzeugung kann das Wärmemittel im natürlichen Umlauf in den Wasservorratstank unter Nutzung der Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung zur Warmwassererzeugung fließen.
Dadurch wird die Abwärme aus der Hausstromerzeugungseinrichtung wirksam genutzt, um das Wärmemittel im natürlichen Umlauf dem Wasservorratstank zur Warmwassererzeugung zuzuführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur Darstellung der Erfindung werden in der Zeichnung verschiedene, derzeit bevorzugte Ausführungsformen aufgezeigt, wobei jedoch zu erwähnen ist, daß die Erfindung nicht auf die hier dargestellten Anordnungen und Vorrichtungen beschränkt ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bezugsziffer 1 bezeichnet einen als Hauptstromerzeugungseinrichtung arbeitenden, zum Beispiel in einem Kellergeschoß eines Gebäudes installierten Gasmotor-Generator. Der Gasmotor-Generator 1 ist an mehrere, in verschiedenen Etagen des Gebäudes installierte, hausstromverbrauchende Einrichtungen, wie zum Beispiel die Beleuchtungseinrichtung 2, Ventilatoren 3, Steckerbuchsen 4 und Speisewasserpumpen 5 angeschlossen. Somit erzeugt der Gasmotor-Generator 1 den hausstromverbrauchenden Einrichtungen zuzuführende Energie.
Der Gasmotor-Generator 1 weist einen Kühlmantel 6 auf, welcher an eine Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung 8 mit einer in einer Zwischenposition angeordneten Pumpe 7 angeschlossen ist. Die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung 8 weist einen, an diese angeschlossenen, quellenseitigen Wärmeaustauscher 9 auf, welcher als eine Heizquelle arbeitet.
Der quellenseitige Wärmeaustauscher 9 ist ebenfalls an eine Umlaufrohrleitung 10 mit einem, diese im natürlichen Umlauf passierenden, Gas-Flüssigphasenveränderungen unterworfenen Heizmittel angeschlossen. Wärmeaustauscher 11 sind an die Umlaufrohrleitung 10 in, oberhalb des quellenseitigen Wärmeaustauschers 9 angeordneten Positionen zum Zwecke der Beheizung der jeweiligen Gebäudestockwerke angeschlossen.
Die Umlaufrohrleitung 10 befindet sich in flüssigkeitsdichtem Zustand und ist außerordentlich druckfest. Die Umlaufrohrleitung 10 enthält Wasser in einem dekomprimierten Zustand (zum Beispiel erfolgt Verdampfung bei einem Druck von 75°C). Das Wasser wird durch einen Wärmeaustausch in dem quellenseitigen Wärmeaustauscher 9 mit, aus dem Kühlmantel 6 zugeführten, heißem Wasser zu Dampf (zum Beispiel bei 90°C oder darüber). Der Dampf wird über eine Dampfrohrleitung 10a, welche einen Teil der Umlaufrohrleitung 10 darstellt, nach oben geleitet, um den Wärmeaustauschern 11 zu Heizzwecken zugeführt zu werden. Der Dampf wird durch denWärmeaustausch in den Wärmeaustauschern 11 verflüssigt. Das sich daraus ergebende Wasser fließt über eine Wasserrohrleitung 10b, welche einen Teil der Umlaufrohrleitung 10 darstellt, nach unten zurück zu dem quellenseitigen Wärmeaustauscher 9. Auf diese Weise bewegen sich Dampf und Wasser in natürlichem Umlauf.
Ein Radiator 13 mit einem Radiatorlüfter 12 ist an die Umlaufrohrleitung 10 oberhalb eines obersten der zu Heizzwecken verwendeten Wärmeaustauscher 11 angeschlossen. Ein Drucksensor 14 und ein automatisches Schaltventil 15 sind auf einer Dampfeinlaßseite des Radiators 13 angeordnet. Der Drucksensor 14 arbeitet als Überschußwärmeermittlungsvorrichtung, um vorhandene Überschußwärme zu ermitteln und ein Abstrahlungssignal zu übermitteln. Das automatische Schaltventil 15 öffnet sich unter einem, einen vorgegebenen Wert überschreitenden Druck. Ein erster Mikrocomputer 16 ist an den Drucksensor 14 angeschlossen und übernimmt die Funktion einer Abstrahlungskontrollvorrichtung. Ein Lüftermotor 17 ist an den ersten Mikrocomputer 16 zum Antrieb des Radiatorlüfters 12 angeschlossen.
In Reaktion auf das seitens des Drucksensors 14 übermittelte Abstrahlungssignal gibt der erste Mikrocomputer 16 ein Aktivierungssignal an den Lüftermotor 17. Sodann aktiviert der Lüftermotor 17 des Radiatorlüfter 12, um den Radiator 13 in einen Abstrahlungszustand zu versetzen. Dadurch wird Überschußwärme automatisch freigesetzt, sobald die Abwärme ein erforderliches Maß, wie zum Beispiel eine Heizbelastung, überschreitet.
Eine Entlastungsrohrleitung 20 ist über ein, als Einstellventil arbeitendes Wegeventil 18 und über ein Kontrollventil 19 an die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung 8 angeschlossen. Die Entlastungsrohrleitung 20 erstreckt sich durch einen Wärmevorratstank 21, um diesem einen Teil des heißen Wassers aus dem Kühlmantel 6 zuzuführen. Folglich wird die Wärmeenergie des heißen Wassers in dem Wärmevorratstank 21 gespeichert.
Ein Temperatursensor 22 ist in dem Wärmevorratstank 21 vorgesehen, und ein zweiter Mikrocomputer 23 ist an den Temperatursensor 22 angeschlossen. Das Wegeventil 18 ist an den zweiten Mikrocomputer 23 angeschlossen. Wärmestauung wird gestoppt, sobald Wasser in dem Wärmevorratstank 21 eine vorgegebene, hohe Temperatur (z. B. 85°C) erreicht und wird eingeleitet, sobald das Wasser auf eine vorgegebene, niedrige Temperatur (z. B. 80°C) fällt.
Ein Wasservorratstank 24 ist unterhalb des Radiators 13 an die Umlaufrohrleitung 10 angeschlossen. Durch diese Bereitstellung kann die Abwärme des Gasmotor-Generators 1 zur Heißwasserversorgung verwendet werden.
(Zweite Ausführungsform)
Fig. 2 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Ernergieerzeugung in einer zweiten Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform wie folgt:
Die zweite Ausführungsform ist bei einem Gebäude anwendbar, von welchem ein Teil andere Teile überragt. Diese Anlage zur kombinierten Energieerzeugung weist eine, sich bis zu dem hohen Teil erstreckende Umlaufrohrleitung 10 auf, und es sind Wärmeaustauscher 11 zum Zwecke der Raumheizung an die Umlaufrohrleitung 10 angeschlossen. Auf dem Dach des hohen Teiles ist ein Wasservorratstank 24 installiert und an die Umlaufrohrleitung 10 angeschlossen.
Die Umlaufrohrleitung 10 verläuft oberhalb des Wasservorratstanks 24, wo ein als Überschußwärmeermittlungsvorrichtung arbeitender Drucksensor 14 angeschlossen ist, um vorhandene Überschußwärme zu ermitteln und ein Abstrahlungssignal zu übermitteln.
Ein Radiator 13 wird auf dem Dach eines niedrigeren Gebäudeteiles installiert. Ein Schaltventil 15a ist auf einer Dampfeinlaßseite des Radiators 13 angeordnet. Wie bei der ersten Ausführungsform ist ein erster Mikrocomputer 16 an den Drucksensor 14 und ein Lüftermotor 17 zum Antrieb eines Radiatorlüfters 12 an den ersten Mikrocomputer 16 angeschlossen. Überschußwärme wird automatisch durch Öffnung des Schaltventils 15a freigesetzt, sobald die Abwärme ein erforderliches Maß, wie zum Beispiel eine Heizbelastung, überschreitet. Die weiteren Konstruktionseinzelheiten sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch, wobei auch gleiche Bezugsziffern gleiche Teile, die nicht noch einmal beschrieben werden, kennzeichnen.
Bei den obenerwähnten Ausführungsformen wird der Druck auf der Dampfeinlaßseite ermittelt, um vorhandene Überschußwärme festzustellen und folglich den Radiator 13 in den Abstrahlungszustand zu versetzen. Dieses Merkmal kann dahingehend geändert werden, daß statt des Druckes die Temperatur ermittelt wird.
Bei den obengenannten Ausführungformen kann eine zusätzliche Energieerzeugung mit einer, in einer unteren Position der Wasserrohrleitung 10b vorgesehenen Wasserturbine 25, wie durch eine aus zwei Punkten und einem Strich bestehende Linie dargestellt, oder einem, in einer unteren Position der Dampfrohrleitung 10a vorgesehenen Dampfturbinengenerator 26, wie durch eine aus zwei Punkten und einem Strich bestehende Linie dargestellt, erfolgen. Die so erzeugte Energie kann statt der durch den Gasmotor- Generator 1 erzeugten Energie, zum Beispiel zum Antrieb der Pumpe 7, eingesetzt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Fig. 3 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer dritten Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform wie folgt:
Die dritte Ausführungsform weist eine Absorptionskühlvorrichtung 27 mit einem an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Regenerator 28 auf. In Fig. 3 kennzeichnet die Bezugsziffer 29 einen Kondensator und die Bezugsziffer 30 einen Absorber.
Eine Umlaufrohrleitung 32 zur Raumkühlung ist an einem Evaporator 31 der Absorptionskühlvorrichtung 27 angeschlossen. Ein Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenes Wärmemittel fließt in natürlichem Umlauf durch die Umlaufrohrleitung 32 zur Raumkühlung. Wärmeaustauscher 33 sind an die Umlaufrohrleitung 32 in Positionen unterhalb der Absorptionskühlvorrichtung 27 zum Zwecke der Kühlung der jeweiligen Gebäudestockwerke angeschlossen.
Die Umlaufrohrleitung 10 befindet sich in einem flüssigkeitsdichtem Zustand und ist außerordentlich druckfest. Die Umlaufrohrleitung 10 enthält Wasser in einem dekomprimierten Zustand (zum Beispiel erfolgt Verdampfung bei einem Druck von 75°C), um die Funktion eines Wärmemittels zu übernehmen. Das Wasser wird durch einen Wärmeaustausch in dem quellenseitigen Wärmeaustauscher 9 mit, aus dem Kühlmantel 6 zugeführten, heißem Wasser zu Dampf (zum Beispiel bei 90°C oder darüber). Der Dampf wird über eine Dampfrohrleitung 10a, welche einen Teil der Umlaufrohrleitung 10 darstellt, nach oben geleitet, um dem Regenerator 28 der Absorptionskühlvorrichtung 27 zugeführt zu werden. Der Dampf wird durch einen Wärmeaustausch in dem Regenerator 28 verflüssigt. Das sich daraus ergebende Wasser fließt über eine Wasserrohrleitung 10b, welche einen Teil der Umlaufrohrleitung 10 darstellt, nach unten zurück zu dem quellenseitigen Wärmeaustauscher 9. Auf diese Weise bewegen sich Dampf und Wasser in natürlichem Umlauf.
Die Umlaufrohrleitung 32 zur Raumkühlung enthält chlorfreien, unschädlichen Fluorkohlenstoff R134a in der Funktion eines Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenen Wärmemittels. Der Fluorkohlenstoff wird kondensiert und in dem Evaporator 31 der Absorptionskühlvorrichtung 27 verflüssigt. Die Fluorkohlenstoff-Flüssigkeit fließt in einer Flüssigkeitsrohrleitung 32a, welche einen Teil der Umlaufrohrleitung 32 zur Raumkühlung darstellt, nach unten, um den Wärmeaustauschern 33 zu Kühlzwecken zugeführt zu werden. Diese Flüssigkeit wird durch einen Wärmeaustausch in den Wärmeaustauschern 33 verdampft. Das sich daraus ergebende Fluorkohlenstoffgas fließt durch eine Gasrohrleitung 32b, welche einen Teil der Umlaufrohrleitung 32 zur Raumkühlung darstellt, nach oben zurück zu dem Evaporator 31. Auf diese Weise bewegt sich der Fluorkohlenstoff in natürlichem Umlauf.
Ein Radiator 13 mit einem Radiatorlüfter 12, wie in der ersten Ausführungsform dargestellt, ist an die Umlaufrohrleitung oberhalb der Absorptionskühlvorrichtung 27 angeschlossen. Ein Drucksensor 14 und ein automatisches Schaltventil 15 sind auf einer Dampfeinlaßseite des Radiators 13 angeordnet. Der Drucksensor 14 arbeitet als Überschußwärmeermittlungsvorrichtung, um vorhandene Überschußwärme zu ermitteln und ein Abstrahlungssignal zu übermitteln. Das automatische Schaltventil 15 öffnet sich unter einem, einen vorgegebenen Wert überschreitenden Druck. Ein erster Mikrocomputer 16 ist an den Drucksensor 14 angeschlossen und arbeitet als Abstrahlungskontrollvorrichtung. Ein Lüftermotor 17 ist an den ersten Mikrocomputer 16 zum Antrieb des Radiatorlüfters 12 angeschlossen.
In Reaktion auf das Abstrahlungssignal übermittel der erste Mikrocomputer 16 dem Lüftermotor 17 ein Aktivierungssignal. Sodann aktiviert der Lüftermotor 17 den Radiatorlüfter 12, um den Radiator 13 in einen Abstrahlungszustand zu versetzen. Somit wird Überschußwärme automatisch freigesetzt, sobald die Abwärme ein erforderliches Maß, wie zum Beispiel eine Kühlbelastung, überschreitet. Die weiteren Konstruktionseinzelheiten und Funktionen sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch, wobei auch gleiche Bezugsziffern zur Kennzeichnung gleicher Teile, die nicht noch einmal beschrieben werden, verwendet werden.
(Vierte Ausführungsform)
Fig. 4 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer vierten Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform wie folgt:
Die vierte Ausführungsform weist eine an den Gasmotor-Generator 1 angeschlossene Eisenerzeugungsvorrichtung 34 sowie einen, über eine Pumpenrohrleitung 35 und eine Rückführrohrleitung 36 an die Eiserzeugungsvorrichtung 34 angeschlossenen Eisvorratstank 37 auf. Ein Wärmeaustauscher 38 ist mit der Flüssigkeitsrohrleitung 32a, die sich an den Ausgang des Evaporators 31 anschließt, verbunden. Eisvorratstank 37 und Wärmeaustauscher 38 sind über die Kühlleitung 39a, 39b miteinander verbunden. Die Eiserzeugungsvorrichtung 34 wird zum Beispiel in der Nacht, wenn die hausstromverbrauchenden Einrichtungen nur minimale Energie verbrauchen, zum Zwecke der Herstellung von Eis, welches anschließend in dem Eisvorratstank 37 gelagert wird, in Betrieb versetzt. Das Eis wird zur Beschleunigung der Kondensation und Verflüssigung des Fluorkohlenstoffgases benutzt. Die weiteren Konstruktionseinzelheiten und Funktionen sind im wesentlichen mit denen der dritten Ausführungsform identisch, wobei auch gleiche Bezugsziffern gleiche Teile, die hier nicht noch einmal beschrieben werden, kennzeichnen.
(Fünfte Ausführungsform)
Fig. 5 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur kombinierten Energieerzeugung in einer fünften Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform wie folgt:
Die fünfte Ausführungsform weist anstelle der Wärmeaustauscher 33 zur Raumkühlung Wärmeaustauscher 40 zur Raumkühlung und -heizung auf, welche an die Umlaufrohrleitung 10 angeschlossen sind. Der durch dem Wärmeaustausch in dem quellenseitigen Wärmeaustauscher 9 erzeugte Dampf fließt über die Dampfrohrleitung 10a nach oben, um den Wärmeaustauschern 40 zur Raumkühlung und -heizung zugeführt zu werden. Der Dampf wird durch einen Wärmeaustausch in den Wärmeaustauschern 40 zur Raumkühlung und -heizung verflüssigt. Das sich so ergebende Wasser fließt über die Wasserrohrleitung 10b nach unten zurück zu dem quellenseitigen Wärmeaustauscher 9. Die Abwärme des Gasmotor-Generators 1 wird über diesen natürlichen Umlauf ebenfalls zu Heizzwecken verwendet. Die weiteren Details sind mit denen der vierten Ausführungsform identisch, wobei auch gleiche Bezugsziffern gleiche Teile, welche hier nicht noch einmal beschrieben werden, kennzeichnen. Die obenerwähnten Wärmeaustauscher 40 zur Raumkühlung und -heizung können durch ausschließlich zu Heizzwecken benutzte Wärmeaustauscher ersetzt und zusammen mit den Wärmeaustauschern 33 zur Raumkühlung vorgesehen werden.
Bei jeder der beschriebenen Anlagen zur kombinierten Energieerzeugung kann die Hausstromerzeugungseinrichtung auf eine entsprechende Leistung eingestellt werden, um die für ein komplettes Gebäude benötigte Energie zur Verfügung zu stellen. Auch ist es möglich, Energieversorgungsleitungen aus einer externen Quelle zu installieren, um einem erheblichen Energiebelastungsanstieg standhalten zu können.
Es können verschiedene Wärmeaustauscherarten, wie die Wärmeaustauscher 11 zu Heizzwecken gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, verwendet werden. Bei dieser Art Wärmeaustauscher kommen auch solche infrage, die mit Ventilatoren zur Warmlufterzeugung versehen sind sowie solche mit Radiatorflächen zur Strahlungsheizung.
Die Hausstromerzeugungseinrichtung ist nicht auf den in den beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Gasmotor-Generator 1 beschränkt. Die Erzeugungseinrichtung kann ebenso von einem Dieselmotor-Generator, einem Gasturbinen-Generator oder einem solchen mit einem anderen Brennstoffelement, wie zum Beispiel ein Phosphat-Brennstoffelement, verkörpert werden. Im Prinzip dienen sämtliche Erzeugungseinrichtungsarten dem Zwecke der vorliegenden Erfindung, solange Abwärme als Folge der Energieerzeugung produziert wird.
Bei den obengenannten Ausführungsformen wird das in der Umlaufrohrleitung 10 enthaltene Wasser unter einem geringen Druck gehalten, um die Funktion eines im natürlichen Umlauf fließenden Wärmemittel übernehmen zu können. Es kann ebenfalls ein anderes Wärmemittel, wie zum Beispiel chlorfreier, unschädlicher Fluorkohlenstoff R134a oder R404A, in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Wärmeaustauscher 33 zur Raumkühlung und Wärmeaustauscher 40 zur Raumkühlung und -heizung können sich aus verschiedenen Arten zusammensetzen, wie zum Beispiel solchen mit Ventilatoren zur Kalt- bzw. Warmlufterzeugung oder solchen mit Radiatorflächen zur Kühlung bzw. Heizung durch Abstrahlung.
Bei den obenerwähnten Ausführungsformen ist der Kühlmantel 6 des als Hausstromerzeugungseinrichtung arbeitenden Gasmotor-Generator 1 über die Abwärme-Rückgewinnungsleitung 8 an den quellenseitigen Wärmeaustauscher 9 angeschlossen. Der quellenseitige Wärmeaustauscher 9 kann stattdessen zwecks Wärmezuführung direkt an den Kühlmantel 6 angeschlossen werden.
Bei der vierten und fünften Ausführungsform ist der Eisvorratstank 37 auf der Ausgangsseite des Evaporators 31 vorgesehen. Stattdessen kann der Eisvorratstank 37 auf der Eingangsseite des Evaporators 31 oder parallel zu dieser vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung kann durch andere spezifische Formen ausgeführt werden, ohne dabei von dem Erfindungsgedanken bzw. den wesentlichen Merkmalen abzuweichen; es wird somit auf die beigefügten Patentansprüche hingewiesen, die den Umfang der Erfindung noch präziser als die vorangegangene Beschreibung wiedergeben.

Claims (12)

1. Eine Anlage zur kombinierten Energieerzeugung mit einer Hausstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Energie zwecks Versorgung hausstromverbrauchender Einrichtungen;
einem quellenseitigen, an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossenen Wärmeaustauscher, welcher als Wärmequelle arbeitet;
oberhalb des quellenseitigen Wärmeaustauschers angeordnete Wärmeaustauscher zur Raumheizung, welche als Benutzergeräte arbeiten, wobei die Wärmeaustauscher zur Raumheizung über eine Umlaufrohrleitung mit einem, diese im natürlichen Umlauf passierenden, Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenen Wärmemittel an den quellenseitigen Wärmeaustauscher angeschlossen sind;
einem an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Radiator;
Überschußwärmeermittlungsvorrichtungen, um vorhandene Überschußwärme zu ermitteln und ein Abstrahlungssignal zu übermitteln;
eine in Reaktion auf das Abstrahlungssignal wirksam werdende Abstrahlungskontrollvorrichtung, um den Radiator in den Abstrahlungszustand zu versetzen.
2. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 1, bei welcher der quellenseitige Wärmeaustauscher über eine Abwärme- Rückgewinnungsrohrleitung an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossen ist, wobei die Anlage zur kombinierten Energieerzeugung ferner eine Entlastungsrohrleitung aufweist, welche an die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung angeschlossen ist und sich durch einen Wärmevorratstank erstreckt, wobei die Entlastungsrohrleitung ein Einstellventil zum Öffnen und Schließen der Entlastungsrohrleitung besitzt.
3. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin einen an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Wasservorratstank aufweist.
4. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung mit einer Hausstromerzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Energie zwecks Versorgung hausstromverbrauchender Einrichtungen;
einem quellenseitigen, an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossenen Wärmeaustauscher, welcher als Wärmequelle arbeitet;
einer oberhalb des quellenseitigen Wärmeaustauschers vorgesehenen Absorptionskühlvorrichtung, wobei die Absorptionskühlvorrichtung über eine Umlaufrohrleitung mit einem, diese im natürlichen Umlauf passierenden, Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenen Wärmemittel an den quellenseitigen Wärmeaustauscher angeschlossen ist;
unterhalb der Absorptionskühlvorrichtung angeordneten Wärme austauschern zur Raumkühlung, welche als Benutzergeräte arbeiten, wobei die Wärmeaustauscher zur Raumkühlung über eine Umlaufrohrleitung zur Raumkühlung mit einem, diese im natürlichen Umlauf passierenden, Gas-Flüssigphasenänderungen unterworfenen Wärmemittel an einen Evaporator der Absorptionskühlvorrichtung angeschlossen sind;
einem an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Radiator;
Überschußwärmeermittlungsvorrichtungen, um vorhandene Überschußwärme zu ermitteln und ein Abstrahlungssignal zu übermitteln und
einer in Reaktion auf das Abstrahlungssignal wirksam werdenden Abstrahlungskontrollvorrichtung, um den Radiator in den Abstrahlungszustand zu versetzen.
5. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 4, welche außerdem eine durch die Hausstromerzeugungseinrichtung angetriebene Eiserzeugungsvorrichtung, einen an die Eiserzeugungsvorrichtung angeschlossenen Eisvorratstank und einen weiteren, an den Evaporator angrenzenden Wärmeaustauscher aufweist, wobei der Eisvorratstank und der weitere Wärmeaustauscher über eine Kühlleitung miteinander verbunden sind.
6. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 4 oder 5, welche ferner an die Umlaufrohrleitung angeschlossene und als Benutzergeräte arbeitende Wärmeaustauscher zur Raumheizung aufweist.
7. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher der quellenseitige Wärmeaustauscher über eine Abwärme- Rückgewinnungsrohrleitung an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossen, ist, wobei die Anlage zur kombinierten Energieerzeugung außerdem eine an die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung angeschlossene und sich durch einen Wärmevorratstank erstreckende Entlastungsrohrleitung aufweist, wobei die Entlastungsrohrleitung ein Einstellventil zum Öffnen und Schließen der Entlastungsrohrleitung besitzt.
8. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 4 oder 5, welche ferner einen an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Wasservorratstank aufweist.
9. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 6, bei welcher der quellenseitige Wärmeaustauscher über eine Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung an die Hausstromerzeugungsanlage angeschlossen ist, wobei die Anlage zur kombinierten Energieerzeugung des weiteren eine an die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung angeschlossene und sich durch einen Wärmevorratstank erstreckende Entlastungsrohrleitung aufweist, wobei die Entlastungsrohrleitung ein Einstellventil zum Öffnen und Schließen der Entlastungsrohrleitung besitzt.
10. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 6, welcher ferner eine an die Umlaufrohrleitung angeschlossene Wasservorratstank aufweist.
11. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 7, welche ferner einen an die Umlaufrohrleitung angeschlossenen Wassertank enthält.
12. Anlage zur kombinierten Energieerzeugung nach Anspruch 10, bei welcher der quellenseitige Wärmeaustauscher über eine Abwärme- Rückgewinnungsrohrleitung an die Hausstromerzeugungseinrichtung angeschlossen ist, wobei die Anlage zur kombinierten Energieerzeugung außerdem eine an die Abwärme-Rückgewinnungsrohrleitung angeschlossene und sich durch einen Wärmevorratstank erstreckende Entlastungsrohrleitung aufweist, wobei die Entlastungsrohrleitung ein Einstellventil zum Öffnen und Schließen der Entlastungsrohrleitung besitzt.
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