DE2418196A1 - Building heating arrangements - using an internal combustion engine with compressor for provision of hot water for homes or groups of buildings - Google Patents

Abstract

Heating arrangement for water using an internal combustion engine and a heat pumping circuit has connected to the engine a compressor of the heat pumping circuit. Through the warming up of the fuel in the condenser of the heat pump and the waste heat of the engine itself a reduced quantity of fuel is needed. The circuit comprises the engine, compressor, condenser, a valve and vaporiser with a fan. The final water temperature is reached in the exhaust gas exchanger.

Description

6900 HeideLberg, den 10. April 1974-Ko/E. 6900 HeideLberg, April 10, 1974-Ko / E.

Anmelder: KRAFTANLAGEN AKTIENGESELLSCHAFT 69OO HEIDELBERG, Im Breitspiel 7Applicant: KRAFTANLAGEN AKTIENGESELLSCHAFT 69OO HEIDELBERG, Im Breitspiel 7

ttHeizungseinrichtung"ttheating device "

Die Erfindung bezieht sich auf Heizungseinrichtungen, insbesondere Einrichtungen mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Wärmepumpenkreislauf.The invention relates to heating devices, in particular Devices with an internal combustion engine and a heat pump circuit.

Beheizung und Brauch- oder Waschwasserversorgung von Gebäuden wird in der überwiegenden Zahl der Fälle durch Einzelfeuer statten und zu einem nur geringen Anteil durch Gruppen-, Blockoder Fernheizungen vorgenommen. Wiederum nur ein geringer Teil der Gruppen-, Block- oder Fernheizungen ist an Heizkraftwerke im Rahmen einer Kraft-Wärme-Kupplung angeschlossen. Energie wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist die Kraft-Wärme-Kupplung, da in dieser die Heizwärme als Abwärme der Elektrizitätsversorgung zur Verfügung steht.In the vast majority of cases, individual fires are used to provide heating and the supply of service or washing water to buildings and only to a small extent by group, block or district heating. Again only a small part the group, block or district heating is connected to combined heat and power plants within the framework of a power-heat coupling. Energy economical The power-heat coupling is particularly advantageous because it uses the heat generated as waste heat from the electricity supply is available.

Der Jahreswirkungsgrad der Wärmeerzeugung von Kesselanlagen bei Einzel- oder Gruppenheizungen liegt zwischen 60-85^; der An stieg der Öl- und Gaspreise verteuert die Wärmeerzeugungskosten, nachdem öl und Gas heute vorwiegend als Brennstoff eingesetzt werden. Insbesondere für Heizungseinrichtungen kleiner Leistung scheidet ein Übergang bzw. eine Umstellung auf andere Brenn stoffe aus.The annual efficiency of the heat generation of boiler systems with individual or group heating is between 60-85 ^; the rise rose The price of oil and gas increases the cost of heat generation, now that oil and gas are mainly used as fuel will. In particular for heating systems with low power, a transition or a switch to other fuels is not an option the end.

Gleichfalls bekannt ist der Einsatz von Wärmepumpen, um Außenruf twärme oder diejenige von Grund- oder Flußwasser zu Hei zungszwecken einzusetzen. Diese bekannten Wärmepumpen werden mit Elektromotoren betrieben. Ihr verstärkter Einsatz würde deshalb nicht nur eine Verstärkung der Verteilungsnetze, sondern auch einen erheblichen Ausbau der Kraftwerkskapazitäten erfordern. Auch läßt sich mit dem Einsatz derartiger Wärmepumpen unter Berücksichtigung des Brennstoffaufwandes für die Stromerzeugung nur eine Brennstoffersparnis von 2O-j5O$ erzielen.Also known is the use of heat pumps to make landing calls or use that of groundwater or river water for heating purposes. These are known heat pumps operated with electric motors. Their increased use would therefore not only strengthen the distribution networks, but also require a considerable expansion of power plant capacities. It is also possible to use such heat pumps Taking into account the amount of fuel used to generate electricity, you only achieve a fuel saving of $ 20-$ 50.

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Von allen Verbrauchergruppen ist der Brennstoffverbrauch von Einzelhäusern und Blocks in Streusiedlungen mit einem Wärmeverbrauch zwischen 50 000 und 1 000 000 kcal/h gegenüber demjenigen von Block-Fernheizungen und Heizkraftwerken sowie demjenigen der Industrie am größten. Zugleich erfolgt der Brennstoffeinsatz dieser Gruppe mit dem schlechtesten Wirkungsgrad.Of all consumer groups, the fuel consumption of single houses and blocks in scattered settlements is with a heat consumption between 50,000 and 1,000,000 kcal / h over that of block district heating and combined heat and power plants as well as that of industry the greatest. The fuel is used at the same time this group with the worst efficiency.

Aufgabe der Erfindung ist eine Heizungseinrichtung für Einzelhäuser und Blocks in Streusiedlungen, eine wesentliche Minde rung des Brennstoffverbrauchs und der damit verbundenen star ken Importabhängigkeit auf dem Brennstoffsektor.The object of the invention is a heating device for individual houses and blocks in scattered settlements, a substantial reduction in fuel consumption and the associated strong Import dependence in the fuel sector.

Die Heizungseinrichtung gemäß der Erfindung mit Verbrennungskraftmaschine und Wärmepumpenkreislauf ist gekennzeichnet durch einen an die Verbrennungskraftmaschine angekuppelten Verdichter des Wärmepumpenkreislaufs und durch die Vor- und Nachwärmung des Heizmittels mit Hilfe der Kondensationswärme im Verflüssiger des Wärmepumpenkreislaufs und der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine .The heating device according to the invention with an internal combustion engine and the heat pump cycle is characterized by a compressor coupled to the internal combustion engine of the heat pump circuit and through the pre- and post-heating of the heating medium with the help of the condensation heat in the Condenser of the heat pump circuit and the waste heat from the internal combustion engine .

Durch die Hintereinanderschaltung der Austauschflächen des Verflüssigers und derjenigen zur Abwärmenutzung der Verbrennungskraftmaschine wird im Strom des Heizmittels die Verflüssigungstemperatur niedrig und die Leistungsziffer dementsprechend hoch gehalten. Die mit hoher Temperatur anfallende Abwärme kann zugleich für die Beheizung von Anlagen eingesetzt werden, die eine höhere Vorlauftemperatur erfordern. Diese Anlagen konnten bisher nur durch eine Heraufsetzung der Verflüssi gungstemperatur unter gleichzeitiger Minderung der Leistungsziffer versorgt werden. By connecting the exchange surfaces of the condenser in series and that for utilizing waste heat from the internal combustion engine, the liquefaction temperature in the flow of the heating medium is low and the coefficient of performance accordingly held high. The waste heat generated at a high temperature can also be used to heat systems, that require a higher flow temperature. So far, these systems have only been able to supply by increasing the liquefaction temperature are supplied with a simultaneous reduction in the performance figure.

In Weiterentwicklung des Haupterfindungsgedankens wird bei einer Einrichtung mit Nutzung der Außenluftwärme ihre Wärmeleistung auf einen Teil der bei tiefen Außentemperäuren benötigten begrenzt. Die Begrenzung der Leistung auf einen Teil des maximalen Wärmebedarfs vermindert die Kosten der Einrichtung und begrenzt die Verflüssigungstemperatur. Nicht zuletzt wird eine hohe Leistungsziffer auch bei Außenlufttemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts erreicht. Eingroßer Anteil des Gesamt-In a further development of the main inventive concept, a facility that uses the outside air heat is its thermal output limited to a part of that required at low outside temperatures. The limitation of the service to a part of the maximum heat demand reduces the cost of the facility and limits the condensing temperature. Last but not least will achieves a high coefficient of performance even at outside air temperatures below freezing point. A large proportion of the total

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Wärmebedarfs wird auf diese Weise aus der vorgeschlagenen Einrichtung gedeckt« Die vorgeschlagenen Lösungen lassen eine Senkung des Brennstoffverbrauchs unter 50$ der bisherigen bekannten Einrichtungen erzielen, wodurch der Brennstoffverbrauch je Einheit abgegebener Wärme selbst kleiner Heizungseinrich tungen annähernd auf denjenigen größter Heizkraftwerke ange hoben wirdoIn this way, the heating requirement is based on the proposed Facility Covered «The proposed solutions allow a reduction in fuel consumption below $ 50 of the previous known Achieve facilities, whereby the fuel consumption per unit of heat emitted even small Heizungseinrich lines approximately to that of the largest combined heat and power plants

Von dem Wärmebedarf des Gebäudes oder der Gebäudegruppe werden ca. 50$ von der Wärmepumpe gedeckt. Dadurch wird der Weg eröffnet, die Vorlauftemperatur des Heizwassers nach der Wärmepumpe bis zu Außentemperaturen von -5 C auf etwa 6o C zu beschränken. Bei mittleren Wintertemperaturen um + 5 C ist eine Vorlauftemperatur von 50⁰C ausreichend, wobei die Wassertemperatur hinter dem Kondensator unter 50°C liegt. Von entscheidender Bedeutung ist die kontrollierte Verbrennung der zum Antrieb der Wärme pumpe vorgeschlagenen Verbrennungskraftmaschine - Gas- oder Ölmotor -, so daß neben der Energieeinsparung auch geringe Abgas- und damit Schadstoffmengen in die Umgebung entlassen werden. About $ 50 of the heat demand of the building or group of buildings is covered by the heat pump. This opens the way to limit the flow temperature of the heating water downstream of the heat pump to around 6o C up to outside temperatures of -5 C. At mean winter temperatures of around + 5 C, a flow temperature of 50 ⁰ C is sufficient, with the water temperature behind the condenser being below 50 ° C. Of crucial importance is the controlled combustion of the proposed internal combustion engine to drive the heat pump - gas or oil engine - so that in addition to saving energy, small amounts of exhaust gas and thus pollutants are released into the environment.

Zur Erläuterung der Erfindungsgedanken ist in der Figur eine Heizungseinrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Wärmepumpenkreislauf schematisch dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine (l) treibt den Verdichter (2) des Wärmepumpenkreislaufs an. Das Verdichtete Mittel des Wärmepumpenkreislaufs wird im Verflüssiger (5) durch den Rücklauf des Heizkreislaufs verflüssigt und über die Drossel (4) entspannt. Anschließend nimmt das Mittel des Wärmepumpenkreislaufs im Verdampfer (5) Außenluftwärme auf, die über das Gebläse (6) durch den Verdampfer geführt wird, um anschließend erneut verdichtet zu werden. Das vom Abnehmer (7) über die Pumpe (8) zurückge führte Heizmittel wird im Verflüssiger (3) des Wärmepumpenkreislaufs vorgewärmt und im Kühlmantel (la) 'der Verbrennungskraft maschine nachgewärmt, bevor es durch die Abgase der Verbrennnungskraftmaschine (l) im Abgastauscher (9) auf die Endtemperatur aufgeheizt wird. Die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine kann auch parallel zur Wärme im Verflüssiger genutzt werden.To explain the inventive concept, the figure shows a heating device with an internal combustion engine and a heat pump circuit shown schematically. The internal combustion engine (1) drives the compressor (2) of the Heat pump circuit. The compressed mean of the heat pump cycle is liquefied in the condenser (5) by the return of the heating circuit and expanded via the throttle (4). Subsequently, the means of the heat pump cycle takes place in the evaporator (5) Heat from outside air, which is passed through the evaporator via the fan (6) and then compressed again to become. The heating medium led back from the consumer (7) via the pump (8) is in the condenser (3) of the heat pump circuit preheated and re-heated in the cooling jacket (la) 'of the internal combustion engine before it passes through the exhaust gases of the internal combustion engine (l) is heated to the final temperature in the exhaust gas exchanger (9). The waste heat from the internal combustion engine can can also be used in parallel to the heat in the condenser.

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Claims (2)

PatentansprücheClaims 1.) Heizungseinrichtung mit Terbrennungskraftmaschine unter Wärmepumpenkreislauf, gekennzeichnet durch einen an die Verbrennungskraftmaschine angekuppelten Verdichter eines Wärmepumpenkreislaufs und durch die Erwärmung des Heizmittels mit Hilfe der Kondensationswärme im Verflüssiger der Wärmepumpe und der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine,1.) Heating device with internal combustion engine under Heat pump circuit, characterized by a coupled to the internal combustion engine Compressor of a heat pump circuit and by heating the heating medium with the help of the condensation heat in the condenser of the heat pump and the waste heat of the Internal combustion engine, 2. Heizungseinrichtung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch die Begrenzung der Leistung der Einrichtung auf einen Teil des maximalen Wärmebedarfs.2. Heating device according to claim 1, characterized by limiting the performance of the marked Set up for part of the maximum heat demand. 509845/0457509845/0457