DE102006056979B4

DE102006056979B4 - Vorrichtung zur Wärmegewinnung

Info

Publication number: DE102006056979B4
Application number: DE102006056979.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Gebhardt
Original assignee: Carnotherm Waermelogistik & Co KG GmbH; Carnotherm Warmelogistik & Co KG GmbH
Current assignee: Koehler Industrie Holding & Co Kg De GmbH
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: DE202006020700U1; DE102006056979A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Wärmegewinnung, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Boiler (2) aufweist, der eine temperaturgeschichtete Flüssigkeit enthält, wobei der Boiler (2) eine unten liegende Kaltseite (8) und eine oben liegende Warmseite (7) aufweist, wobei zur Erwärmung der Flüssigkeit im Boiler (2) ein Wärmetauscher (10) mit einer Primärseite (12) und einer Sekundärseite (11) vorgesehen ist, wobei die Sekundärseite (11) einerseits mit der Kaltseite (8) des Boilers (2) und andererseits mit der Warmseite (7) des Boilers (2) verbunden ist und mit dem Boiler (2) einen in sich geschlossenen, ausschließlich durch vom Wärmeeintrag im Wärmetauscher (10) ausgehender Konvektion angetriebenen Kreislauf bildet, wobei die Primärseite (12) des Wärmetauschers (10) von einem unter Wärmeabgabe kondensierenden Wärmetransport-Medium (14) durchströmt ist, welches Wärme aus einer Wärmequelle (21) mit geringerer Temperatur als die Warmseite (7) des Boilers (2) entnimmt und dabei verdampft, wobei der Wärmequelle (21) mindestens ein Kompressor (23) nachgeordnet ist, der das Wärmetransport-Medium (14) auf eine Temperatur bringt, die über der der Warmseite (7) des Boilers (2) liegt, wobei die Durchflußrate des Kompressors (23) von einer Regelvorrichtung (29) beeinflußt ist, welche von der Temperatur des Wärmetransport-Mediums (14) zwischen dem Ausgang des Kompressors (23) und einer Ausgangsleitung (15) des Wärmetauschers (10) und/oder der Flüssigkeit des Wärmetauschers (10) und/oder Boilers (2) beeinflußt ist, wobei die Regelvorrichtung (29) von der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums (14) beeinflusst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung gemäß Patentanspruch 1.
Aus der DE 28 35 072 C2 ist ein Wassererhitzer bekannt, der von einem Speicher und einem diesen umgebenden Wärmetauscher gebildet ist. Der Wärmetauscher steht dabei mit dem Speicher in konvektionsgebundener Verbindung, wobei das Heißwasser vom Wärmetauscher von oben in den Speicher eingeleitet wird. Hierdurch ergibt sich eine günstige Temperaturschichtung des Wassers im Speicher.
Aus der DE 80 17 626 U1 ist ein weiterer Speicher bekannt, der an seinem Mantel einen Gegenstromwärmetauscher trägt. Dieser Gegenstromwärmetauscher kann direkt Wärme in den unteren Bereich des Speichers einbringen. Dadurch ergibt sich im Speicher keine Temperaturschichtung, so daß der Speicher vollständig aufgeladen werden muß, um Warmwasser entnehmen zu können.
Aus der DE 27 29 668 A1 ist eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung aus industrieller Abwärme bekannt, die einen Boiler und einen diesem zugeordneten Wärmetauscher umfaßt. Die Sekundärseite des Wärmetauschers ist dabei einerseits mit einer Kaltseite und andererseits mit einer Warmseite des Boilers verbunden, so daß ein geschlossener Kreislauf zwischen dem Boiler und dem Wärmetauscher gebildet ist. Die Primärseite des Wärmetauschers wird dabei von einem Wärmetransport-Medium durchströmt, welches von industrieller Abwärme gespeist wird. Bei Anlagen, in denen industrielle Abwärme in großem Umfang zur Verfügung steht, reicht diese Abwärme problemlos aus, um nicht nur das Wasser des Boilers zu erwärmen, sondern zugleich eine Konvektionsströmung zwischen dem Boiler und dem Wärmetauscher aufrechtzuerhalten. Damit ist keine Umwälzpumpe in diesem Kreislauf erforderlich, die bei zu starkem Fluß die gewünschte Temperaturschichtung innerhalb des Boilers zerstören würde. Diese bekannte Vorrichtung hat sich in der Praxis gut bewährt und bildet den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung.
Die DE 10 2004 018 034 A1 offenbart einen Brauchwasserspeicher für Wärmepumpen. Der Brauchwasserspeicher umfasst einen Wärmetauscher. Wenn die Leistung einer Wärmepumpe nicht ausreicht, um das Warmwasser aufzuheizen, kann die Wärmezufuhr über ein 2-Wege-Ventil gedrosselt oder gesperrt werden, um im oberen Teil des Brauchwasserspeichers befindliches Wasser nicht abzukühlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch eine hohe Effizienz und breite Nutzbarkeit von zur Verfügung stehenden Wärmequellen auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dient zur Wärmegewinnung. Sie weist mindestens einen Boiler auf, der eine temperaturgeschichtete Flüssigkeit enthält. In der Regel ist der Boiler mit Wasser gefüllt, wobei auch jedes andere wärmetragende Medium geeignet ist. Die Flüssigkeit im Boiler ist temperaturgeschichtet, so daß sich im Boiler stets mindestens eine Schicht mit kalter Flüssigkeit und darüberliegend mindestens eine Schicht mit warmer Flüssigkeit befindet. In der Regel ist an der Kaltseite des Boilers noch ein Zufluß für die Flüssigkeit, insbesondere Kaltwasser vorgesehen, während an der Warmseite ein Abfluß für erwärmte Flüssigkeit, insbesondere Warmwasser vorgesehen ist. Die erwärmte Flüssigkeit wird insbesondere zu Heizzwecken genutzt, wobei alternativ oder zusätzlich auch Warmwasser zu Haushaltszwecken entnehmbar ist. Zur Erwärmung der Flüssigkeit im Boiler ist ein Wärmetauscher vorgesehen, dessen Sekundärseite einerseits mit der Kaltseite und andererseits mit der Warmseite des Boilers verbunden ist. Die Sekundärseite des Wärmetauschers bildet daher mit dem Boiler einen in sich geschlossenen Kreislauf. Dieser Kreislauf wird ausschließlich durch Konvektion der Flüssigkeit im Boiler angetrieben, so daß keinerlei aktive Umwälzpumpe vorgesehen ist. Die Regelvorrichtung ist von der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums beeinflußt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Strömungsmenge der Flüssigkeit in diesem Kreislauf unmittelbar an den Wärmeeintrag gekoppelt ist. Es ist daher ausgeschlossen, daß die Flüssigkeit in diesem Kreislauf umgewälzt wird, ohne daß ein ausreichend hoher Wärmeeintrag erfolgt. Eine derartige Umwälzung hätte die totale Zerstörung der Temperaturschichtung der Flüssigkeit im Boiler zur Folge, so daß die Entnahmetemperatur des Boilers entsprechend absinken würde. Andererseits setzt die rein konvektionsgebundene Strömung dieses Kreislaufs eine relativ intensive Erwärmung der Flüssigkeit voraus, da bei zu geringer Erwärmung die Konvektion nicht in Gang kommt.
Zur Erzielung einer universellen Anwendbarkeit der Vorrichtung zur Wärmegewinnung ist es wichtig, auch Wärmequellen verwenden zu können, deren Temperatur geringer ist als die Warmseite des Boilers. Zu diesem Zweck wird ein Wärmetransport-Medium eingesetzt, welches durch die Wärmequelle verdampft wird. Anschließend wird das Wärmetransport-Medium durch einen Kompressor komprimiert, der das Wärmetransport-Medium einschließlich der darin enthaltenen Wärme auf eine höhere Temperatur bringt. Das Wärmetransport-Medium wird anschließend durch die Primärseite des Wärmetauschers geleitet, wo sie die Boilerflüssigkeit erwärmt. Gleichzeitig kondensiert das Wärmetransport-Medium, wobei die Verdampfungswärme für den Wärmetauscher an die Boilerflüssigkeit abgegeben wird. Das flüssige Wärmetransport-Medium wird dann wieder zurück zur Wärmequelle geführt, wo sie erneut Wärme aufnehmen kann. Auf diese Weise wird Wärme von der Wärmequelle mit geringer Temperatur in den Wärmetauscher bei höherer Temperatur transportiert. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Betrieb einer derartigen Wärmepumpe zusammen mit einem konvektionsgebundenen Wärmetauscher recht problematisch ist.
Im Gegensatz zur Nutzung von industrieller Abwärme kommt es beim Wärmepumpenbetrieb wegen des damit verbundenen Energieverbrauchs auf eine hohe Effizienz des Systems an. Ist der Wärmeeintrag der Wärmepumpe in den Wärmetauscher zu gering, so kommt die Konvektion im Boiler-Kreislauf nicht in Gang. Ist der Wärmeeintrag hingegen zu hoch, so verbraucht der Kompressor viel Energie, ohne daß es zu einer merklichen Erwärmung der Flüssigkeit im Boiler kommt.
Zur Lösung dieses Problems wird ein Kompressor eingesetzt, dessen Durchflußrate von einer Regelvorrichtung beeinflußt ist. Diese Regelvorrichtung ist dabei von der Temperatur des Wärmetransport-Mediums zwischen dem Ausgang des Kompressors und der Ausgangsleitung des Wärmetauschers bzw. von der Temperatur der Flüssigkeit des Wärmetauschers bzw. Boilers beeinflußt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Durchsatz des Wärmetransport-Mediums durch den Kompressor von der Wärmeabgabe des Wärmetransport-Mediums im Wärmetauscher abhängig wird. Beim Hochfahren der Vorrichtung wird demnach der Kompressor bei relativ geringer Leistung genutzt, um der Konvektion auf der Sekundärseite des Wärmetauschers Zeit zu geben, sich entsprechend aufzubauen. Mit zunehmender Konvektionsströmung wird auch der Kompressor in seiner Leistung hochgefahren, da dann die Wärmeabgabe des Wärmetransport-Mediums im Wärmetauscher entsprechend zunimmt. Auf diese Weise ergibt sich eine optimale Wärmeausnutzung der Wärmequelle bei relativ geringem Energiebedarf, so daß die gesamte Vorrichtung einen überraschend hohen Wirkungsgrad aufweist.
Zur Erzielung eines möglichst geringen Wärmeverlustes ist es gemäß Anspruch 2 vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist. Hierdurch wird die Boilerflüssigkeit fast auf die Temperatur des Wärmetransport-Mediums erwärmt. Damit führt die Wärmeübertragung nur zu einem sehr geringen Temperaturverlust. Ist der Wärmetauscher innerhalb einer Wärmeisolation des Boilers vorgesehen, so ergeben sich besonders geringe Wärmeverluste. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher um den Boiler herum angeordnet, so daß auch Wärmestrahlungsverluste des Boilers teilweise im Wärmetauscher regeneriert werden.
Um eine möglichst effektive Konvektion aufrecht zu erhalten, ist es gemäß Anspruch 3 günstig, wenn der Wärmetauscher sekundärseitig einen größeren Leitungsquerschnitt aufweist als primärseitig. Dies führt auf der Sekundärseite zu einem geringeren Leitungswiderstand, so daß bereits eine relativ geringe Temperaturdifferenz innerhalb des Wärmetauschers zu einer wirkungsvollen Konvektionsströmung führt. Auf der Primärseite ist ein großer Leitungsquerschnitt nicht erforderlich, da das Wärmetransport-Medium ohnehin durch die Wirkung des Kompressors zwangsweise umgewälzt wird.
Zur Erzielung einer feinfühligen Regelung ist es gemäß Anspruch 4 günstig, wenn die Regelvorrichtung von der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums nach dem Wärmetauscher beeinflußt ist. Die Kondensationstemperatur ist eine materialabhängige Funktion des Drucks, so daß zur Bestimmung der Kondensationstemperatur bei bekanntem Wärmetransport-Medium lediglich der Druck des Wärmetransport-Mediums nach dem Wärmetauscher gemessen werden muß. Dieser gemessene Druck kann dann unter Verwendung der Dampfdruckkurve des Wärmetransport-Mediums in eine Kondensationstemperatur umgerechnet werden. Die Kenntnis der Kondensationstemperatur ist wichtig, da eine unvollständige Kondensation des Wärmetransport-Mediums eine unvollständige Wärmeabgabe in den Wärmetauscher und ggf. eine instabile Regelung zur Folge hätte, so daß der Energieverbrauch des Kompressors zu hoch gewählt ist. Die Einflußnahme der Kondensationstemperatur auf die Regelung verbessert daher den Wirkungsgrad der Vorrichtung.
Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades ist es gemäß Anspruch 5 günstig, wenn die Regelvorrichtung die Temperatur des Wärmetransport-Mediums nach Durchströmen des Wärmetauschers auf eine Temperatur einregelt, die eine vorgegebene Temperaturspanne unter der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums liegt. Das Wärmetransport-Medium ist in diesem Fall unterkühlt, so daß die Verdampfungswärme vollständig über den Wärmetauscher an die Boilerflüssigkeit abgegeben wurde. Steigt die Wärmeabgabe im Wärmetauscher an, so hat dies ein Absinken der Temperatur des Wärmetransport-Mediums am Ausgang des Wärmetauschers relativ zur Kondensationstemperatur zur Folge. In diesem Fall sorgt die Regelung für eine Erhöhung des Flusses durch den Kompressor. Damit kann die gesteigerte Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmetauschers direkt zur Erhöhung der Leistung der Vorrichtung genutzt werden. Außerdem bleibt die Regelung über den gesamten Betriebsbereich stabil.
Für die Temperaturspanne hat sich gemäß Anspruch 6 ein Bereich zwischen 1K und 10K bewährt. Bei einer Temperaturspanne von unter 1K besteht die Gefahr, daß beim Auftreten von Störungen die Kondensation des Wärmetransport-Mediums nicht mehr vollständig ist, so daß Wärme ungenutzt im Kreis gepumpt wird. Außerdem können hierdurch schwer beherrschbare Regelschwingungen entstehen. Eine Wahl der Temperaturspanne von über 10K ist unzweckmäßig, da dies eine Einschränkung von zur Verfügung stehenden Wärmequellen zur Folge hätte. Je nach einsetzbarer Wärmequelle ist jedoch eine größere Temperaturspanne möglich. Vorzugsweise wird die Temperaturspanne zwischen 3K und 7K gewählt, um eine möglichst feinfühlige und effiziente Regelung zu erzielen.
Um die Vorrichtung in einem weiten Leistungsbereich einsetzen zu können, ist es gemäß Anspruch 7 günstig, wenn zwischen dem Wärmetauscher und der Wärmequelle mindestens ein Expansionsventil vorgesehen ist. Dieses Expansionsventil sorgt für ein Entspannen des Wärmetransport-Medium und hält damit die Druckverhältnisse des Wärmetransport-Mediums im Bereich des Wärmetauschers in etwa konstant.
Um zu erreichen, daß die Vorrichtung unter allen Bedingungen einen optimalen Wirkungsgrad erzielt, ist es gemäß Anspruch 8 vorteilhaft, wenn das Expansionsventil mit einer vom Druck des Wärmetransport-Mediums beeinflußten Regelvorrichtung in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise werden über einen weiten Arbeitsbereich konstante Eigenschaften des Wärmetransport-Mediums realisiert.
Insbesondere bei Wärmequellen mit sehr niedriger Temperatur ist es gemäß Anspruch 9 günstig, dem Wärmetauscher und mindestens einen Behälter nachzuordnen, der mit dem verdampften Wärmetransport-Medium in thermischem Kontakt steht. Damit wird das Wärmetransport-Medium zur Verbesserung der Wärmeaufnahme zusätzlich gekühlt. Außerdem erhöht sich die vom Kompressor erzielbare Endtemperatur.
Der Erfindungsgegenstand wird beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert, ohne den Schutzumfang zu beschränken.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Wärmegewinnung. Die Vorrichtung 1 weist einen Boiler 2 auf, der mit Wasser 3 gefüllt ist.
Der Boiler 2 hat einen Zulauf 4 für Kaltwasser und einen Ablauf 5 für Warmwasser. Innerhalb des Boilers 2 stellt sich eine Schichtgrenze 6 ein, bei der eine Warmseite 7 auf einer Kaltseite 8 liegt. Zwischen der Warmseite 7 und der Kaltseite 8 findet nur eine sehr geringe Durchmischung statt, so daß das Wasser 3 der Warmseite 7 mit nahezu konstanter Temperatur entnommen werden kann. Insbesondere hängt die Temperatur des Wassers 3 am Ablauf 5 praktisch nicht von der Höhe der Schichtgrenze 6 ab.
Der Boiler 2 ist über Leitungen 9 mit einem im Gegenstrom betriebenen Wärmetauscher 10 verbunden. Das Wasser 3 strömt dabei durch eine Sekundärseite 11 des Wärmetauschers 10. Diese Sekundärseite 11 besitzt einen größeren Leitungsquerschnitt als eine Primärseite 12 des Wärmetauschers 10, um zwischen dem Boiler 2 und dem Wärmetauscher 10 über die Leitungen 9 eine freie Konvektionsströmung ohne Umwälzpumpe realisieren zu können. Zur Erzielung eines möglichst geringen Wärmeverlustes ist der Wärmetauscher 10 innerhalb einer Wärmeisolierung 13 des Boilers 2 vorgesehen. Um auch die Strahlungswärme des Boilers 2 nutzbar zu machen, erstreckt sich der Wärmetauscher 10 um den Boiler 2 herum.
Zusätzlich könnten im Boiler 2 - abweichend von der Darstellung - noch Wärmequellen, beispielsweise Wärmetauscher von fossilen Brennstoffheizungen oder von Hochtemperatur-Solarthermikanlagen untergebracht sein. Derartige zusätzliche Wärmequellen im Boiler 2 haben jedoch nichts mit dem Erfindungsgegenstand selbst zu tun und sind daher nicht dargestellt.
Außerdem könnte je nach Anwendungsfall der Wärmetauscher 10 vom Boiler 2 durch eine zusätzliche Wärmeisolationsschicht thermisch entkoppelt sein. Je nach Anwendungsfall ist alternativ auch daran gedacht, die Trennwand zwischen dem Wärmetauscher 10 und dem Boiler 2 mit Öffnungen zu versehen oder ganz wegzulassen, so daß sich auf diese Weise eine verbesserte Konvektion ausbildet.
Die Primärseite 12 des Wärmetauschers 10 wird von einem Wärmetransport-Medium 14 durchströmt, welches in einem gesonderten Kreislauf umgewälzt wird. Die Primärseite 12 des Wärmetauschers 10 ist über eine Ausgangsleitung 15 mit einem Behälter 15a verbunden, der als Zwischen-Wärmetauscher ausgebildet ist. In diesem Behälter 15a gibt das Wärmetransport-Medium 14 Wärme an verdampftes Wärmetransport-Medium 14 ab, welches den Behälter 15a in einer Leitung 22 durchströmt. Diese Maßnahme verbessert die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmetransport-Mediums 14.
Nach Verlassen des Behälters 15a gelangt das Wärmetransport-Medium 14 in ein Expansionsventil 16, welches für einen Abbau des Druckes des Wärmetransport-Mediums 14 sorgt. Das Expansionsventil 16 steht über eine Regelvorrichtung 17 mit einem Druckmeßgerät 18 in Wirkverbindung, welches den Druck des WärmetransportMediums 14 in der Ausgangsleitung 15 konstant hält. Der Regelvorrichtung 17 ist ein Differenzverstärker 17b vorgeordnet, der den gemessenen Druck mit einem Soll-Wert eines Sollwert-Gebers 17a vergleicht. Das Vergleichsergebnis ist dabei die Regelgröße der Regelvorrichtung 17. Dies gewährleistet, daß innerhalb des Wärmetauschers 10 in etwa konstante Druckverhältnisse des Wärmetransport-Mediums 14 herrschen, so daß das Wärmetransport-Medium 14 in etwa eine konstante Kondensationstemperatur aufweist.
Das Expansionsventil 16 steht über eine Leitung 19 mit einem weiteren Wärmetauscher 20 in Wirkverbindung, der sich mit einer Wärmequelle 21 in Kontakt befindet. Als Wärmequelle 21 kommt beispielsweise Umgebungsluft, aber auch Erdwärme oder eine solarthermische Anlage in Frage. In der Regel reicht die Temperatur der Wärmequelle 21 nicht aus, um direkt das Wasser 3 im Wärmetauscher 10 aufzuheizen. Hierzu muß diese Wärme erst auf eine höhere Temperatur gebracht werden.
Zu diesem Zweck wird das Wärmetransport-Medium 14 so gewählt, daß es innerhalb der Leitung 19 flüssig ist und durch die Wärmequelle 21 verdampft. Dieser Dampf wird über eine weitere Leitung 22 durch den Behälter 15a geleitet, wo es im Wärmeaustausch mit dem aus dem Wärmetauscher 10 kommendem Wärmetransport-Medium 14 steht. Das Wärmetransport-Medium 14 wird dabei in etwa auf die Zulauftemperatur des Boilers 2 erwärmt.
Nach Verlassen des Behälters 15a wird das Wärmetransport-Medium 14 einem Kompressor 23 zugeführt, dessen Durchfluß über die Drehzahl einstellbar ist. Der Kompressor 23 komprimiert das Wärmetransport-Medium 14, wodurch sich auch dessen Temperaturniveau erhöht. Über eine Leitung 24 gelangt das Wärmetransport-Medium 14 zurück in den Wärmetauscher 10, wo es seine Wärme an das sekundärseitige Wasser 3 abgibt. Dabei kondensiert das Wärmetransport-Medium 14, so daß seine gesamte Verdampfungswärme an das Wasser 3 abgegeben wird.
Durch die Ausbildung des Wärmetauschers 10 als Gegenstrom-Wärmetauscher wird außerdem erreicht, daß das Wasser 3 nach dem Verlassen des Wärmetauschers 10 nahezu die Temperatur des zufließenden Wärmetransport-Mediums 14 aufweist. Der Temperaturverlust ist sehr gering, da das zufließende Wärmetransport-Medium 14 zunächst nur die oberste Schicht des Wassers 3 erwärmt, welches schon nahezu die Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 erreicht hat. Das Wärmetransport-Medium 14 fließt im Wärmetauscher abwärts und erwärmt immer kältere Wasserschichten, wodurch es sich zusehends abkühlt. Dabei wird an einem bestimmten Punkt innerhalb des Wärmetauschers 10 die Kondensations-Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 erreicht, so daß statt einer weiteren Abkühlung des Wärmetransport-Mediums 14 eine Kondensation desselben bei konstanter Temperatur einsetzt. Die Kondensation des Wärmetransport-Mediums 14 ist dabei vollständig, so daß die gesamte Verdampfungswärme abgegeben wird. Im unteren Bereich des Wärmetauschers 10 wird das nun flüssige Wärmetransport-Medium 14 noch weiter abgekühlt und anschließend dem Expansionsventil 16 und der Wärmequelle 21 zugeführt. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr effiziente Energienutzung der Vorrichtung 1.
Zum Betrieb der Vorrichtung 1 ist ein Temperaturfühler 25 im Bereich der Ausgangsleitung 15 ausgangsseitig des Wärmetauschers 10 vorgesehen. Dieser Temperaturfühler 25 mißt die Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 nach der Wärmeabgabe im Wärmetauscher 10. Über das bereits erwähnte Druckmeßgerät 18 wird außerdem der Druck des Wärmetransport-Mediums 14 in der Ausgangsleitung 15 bestimmt. Über eine Rechenschaltung 26, in der die Dampfdruckkurve des Wärmetransport-Mediums 14 gespeichert ist, wird hieraus die Kondensations-Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 berechnet und als elektrisches Signal abgegeben. Die berechnete Kondensationstemperatur wird zusammen mit dem Signal des Temperaturfühlers 25 und einem Soll-Wert eines Sollwert-Gebers 27a einem Differenzverstärker 27 zugeführt, der hieraus die Unterkühlung des Wärmetransport-Mediums 14 in der Ausgangsleitung 15 unter die Kondensationstemperatur ermittelt und mit dem Soll-Wert vergleicht.
Ein Ausgangssignal 28 des Differenzverstärkers 27 wird einer Regelvorrichtung 29 zugeführt, die den Kompressor 23 über einen Frequenzumrichter 30 ansteuert. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Wärmetransport-Medium 14 in Abhängigkeit von der Konvektionsströmung des Wassers 3 stets optimal umgewälzt wird. Damit wird einerseits die Wärmequelle 21 optimal genutzt und andererseits der Energieverbrauch des Kompressors 23 auf ein Minimum beschränkt. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt ein optimaler Wirkungsgrad der Vorrichtung 1.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Boiler
3: Wasser
4: Zulauf
5: Ablauf
6: Schichtgrenze
7: Warmseite
8: Kaltseite
9: Leitung
10: Wärmetauscher
11: Sekundärseite
12: Primärseite
13: Wärmeisolierung
14: Wärmetransport-Medium
15: Ausgangsleitung
15a: Behälter
16: Expansionsventil
17: Regelvorrichtung
17a: Sollwert-Geber
17b: Differenzverstärker
18: Druckmeßgerät
19: Leitung
20: Wärmetauscher
21: Wärmequelle
22: Leitung
23: Kompressor
24: Leitung
25: Temperaturfühler
26: Rechenschaltung
27: Differenzverstärker
27a: Sollwert-Geber
28: Ausgangssignal
29: Regelvorrichtung
30: Frequenzumrichter

Claims

Vorrichtung (1) zur Wärmegewinnung, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Boiler (2) aufweist, der eine temperaturgeschichtete Flüssigkeit enthält, wobei der Boiler (2) eine unten liegende Kaltseite (8) und eine oben liegende Warmseite (7) aufweist, wobei zur Erwärmung der Flüssigkeit im Boiler (2) ein Wärmetauscher (10) mit einer Primärseite (12) und einer Sekundärseite (11) vorgesehen ist, wobei die Sekundärseite (11) einerseits mit der Kaltseite (8) des Boilers (2) und andererseits mit der Warmseite (7) des Boilers (2) verbunden ist und mit dem Boiler (2) einen in sich geschlossenen, ausschließlich durch vom Wärmeeintrag im Wärmetauscher (10) ausgehender Konvektion angetriebenen Kreislauf bildet, wobei die Primärseite (12) des Wärmetauschers (10) von einem unter Wärmeabgabe kondensierenden Wärmetransport-Medium (14) durchströmt ist, welches Wärme aus einer Wärmequelle (21) mit geringerer Temperatur als die Warmseite (7) des Boilers (2) entnimmt und dabei verdampft, wobei der Wärmequelle (21) mindestens ein Kompressor (23) nachgeordnet ist, der das Wärmetransport-Medium (14) auf eine Temperatur bringt, die über der der Warmseite (7) des Boilers (2) liegt, wobei die Durchflußrate des Kompressors (23) von einer Regelvorrichtung (29) beeinflußt ist, welche von der Temperatur des Wärmetransport-Mediums (14) zwischen dem Ausgang des Kompressors (23) und einer Ausgangsleitung (15) des Wärmetauschers (10) und/oder der Flüssigkeit des Wärmetauschers (10) und/oder Boilers (2) beeinflußt ist, wobei die Regelvorrichtung (29) von der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums (14) beeinflusst ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet und innerhalb einer Wärmeisolierung (13) des Boilers (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) sekundärseitig einen größeren Leitungsquerschnitt aufweist als primärseitig.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (29) von der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums (14) nach dem Wärmetauscher (10) beeinflußt ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (29) die Temperatur des Wärmetransport-Mediums (14) nach Durchströmen des Wärmetauschers (10) auf eine Temperatur einregelt, die eine vorgegebene Temperaturspanne unter der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums (14) liegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturspanne zwischen 1K und 10K, vorzugsweise zwischen 3K und 7K liegt.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmetauscher (10) und der Wärmequelle (21) mindestens ein Expansionsventil (16) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil (16) mit einer vom Druck des Wärmetransport-Mediums (14) beeinflußten Regelvorrichtung (17) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärseite (12) des Wärmetauschers (10) mindestens ein Behälter (15a) nachgeordnet ist, der in thermischem Kontakt mit dem von der Wärmequelle (21) verdampften Wärmetransport-Medium (14) steht.