-
Die Erfindung betrifft eien elementierten Motorkompress
-
für Wärmepumpen nach dem Oberhegriff des Anspruchs 1.
-
Der elementierte Motorkompressor soll vorzugsweise in Kleinwärmepumpen
eingesetzt werden und gleichzeitig als Antriebsmotor und Kompressor in einem Maschinenelement
dienen und einfach und wirtschaftlich herstellbar sein. ls Arbeitsmittel soll auf
hochwertige Uergaser-und Dieselkraftstoffe verzichtet werden und für den Antrieb
als Arbeitsmittel vorzugsweise Flourkohlenwasserstoffe eingesetzt werden'die in
einem geschlossenen Antriebskreis über beliebige Brennstoffe erhitzt werden,bzw.
anfallende Abwärme als Antriebsenergie nutzen.
-
Es ist bekannt,daß Motorwärmepumpen vorzugsweise in Großanlagen eingesetzt
werden, und handelsübliche Dieselmotoren die Kompressoren von Wärmepumpen antreiben.
Die Antriebsmotoren und die tJärmeDumpenkompressoren stellen in diesen Fällen im
allgemeinen getrennte Maschinenelemente dar,die über entsprechende Getriebe verbunden
sind.
-
In Kleinanlagen zur Beheizung von Einfamilienhäusern oder ähnlichen
Bedarfsfällen konnten sich Motorwärmepumpen mit Rücksicht auf die ungünstigen Kosten-Nutzenverhältnisse
noch nicht durchsetzen,obwohl bezüglich der Primärenergienutzung die Motoruärmepumpe
der zur Zeit noch blichen Elektrowärmepumpe weit überlegen ist. Nachteile der derzeitigen
Motorwärmepumpen besonders in Kleinanlagen sind deren Schwierigkeiten der Geräuschdämpfung
und die Elimination der Schadstoffemissionen.Eine weitere Schwierigkeit stellt der
häufige automatische motorstart bei unterbrochenen Betriebsweisen dar. Aus den vielen
Einzelschwierigkeiten lässt sich erkennen, daß Verbrennungsmotore für den Einsatz
in Wärmepumpenanlagen wenig geeignet erscheinen. Desgleichen ist es unzweckmässig
den Antriebsmotor und den Wärmepumpenkompressor maschinentechnisch getrennt zu behandeln.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorzugsweise fiir Kleinuärmepumpen
ein Antriebselement zu liefern,daß den Antriebsmotor und den Kompressor in einem
Maschinelement vereinigt und der Antriebsmotor mit beliebigen Brennstoffen
und
mit Abwärmg oder solerenergie betrieben werden kann. Es ist weiter Aufgabe der Erfingung,
daß der Motorkompressor aus wenigen einfachen Bauteilen zusammengesetzt werden kann
und sich kostengünstig herstellen lässt. Die Steuerung der Antriebskolben sull so
erfolgen, daß keine Anlasser erforderlich werden und keine Anlaufschwierigkeiten
auch bei näufigen Startvorängen auftreten.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motorkompressor
aus Leniqen Einzeltei]en besteht, din durch Spannschrauben über Kontaktkräfte zusammengehalten
werden und der Arbeitskolben des Antriebsmntors gleichzeitig der Werdichterkolben
des Kompressors ist. Die Steuerung der Kolbenbewegungen erfolgt über ein Rotationsventil,
daß den finschub-und Auslaß des Arbeitsmittels Übernimmt und somit die Volumenströme
ber eine einfache Drehbewoung steuert. Als Arbeitsmittel wird vorzugsweise Fluorkoblenwasserstoff
verwendet und in der Regel wird sowohl auf der Antriebsseite wie auf der Verdichterseite
das gleiche Arbeitsmittel eingesetzt, um aufwendige Dichtungsgaßnahmer zu umgehen.
Da des antreibende Arbeitsmittel den Doppelkolben in jeder Arbeitsstellung erfassen
kann, treten keine Anlaufschwierigkeiten ein.
-
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß Kleinußärmenumpen
wirtschaftlich als Motorwärmepumpen ausgeführt werden einer und damit negeniibsr
der Flektrowärmepumpe der Primürenergiebedarf erheblich gesenkt werden kann, Ein
weiterer wesentlicher Vorteil ist es,dan Für den Antrieb der Wärmepumpen beliebige
Wärmequellen und Abwärme mit ausreichendem Temperaturniveau und Solarenergie genutzt
werden kann,da der Motorkompressor das Antriebselement und das Herz einer Wärmepumpe
darstellt.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben: Es zeigen Fig. 1den Längsschnitt des Plementierten
Motor-Motorkompressors.
-
Fig. 2 Querschnitt mit der Ansicht des Rotationsventils,
fig.
3 Endscheiben mit eingearbeiteter Dichtungsnut @@@ Bohrungen für die Spannschrauben.
-
Fig. 4 Mittelscheiben mit :t chtunqsnut und Lager der Kolbenstange.
-
Fig.5 Längsschnitt des Zylinderabschnittes mit tin-unt Auslaßöffnungen
des Antriebs-und Verdichterkreises.
-
Fig. 6 Querschnitt des Zylinderabschnittes mjt Ein-und Auslaßöffnung
des Antriebskreises.
-
Fig.7 Doppelkolben mit eingepassten Kolbenringen.
-
Fig. 8 Längsschnitt einer Kolbenmaschine zur Erzeugung mechanischer
Energie mit Rotationsventil.
-
Die Fig. 1 zeigt den Aufbau des Motorkompressors bestehend aus den
Zylinderabschnitten(1),den Endscheiben (2) und den Mittels heiben (3) .Diese Konstruktionselemente
werden über Kontaktkräfte von den Spannschrauben (4) zusammengehalten. Durch das
Rotationsventil strömt ein gespanntes Arbeitsmittel, vorzugsweise Flourkohlenwasserstoff
(FKW). $Wählt man z.B. Frigen R 22, hat dieses bei ca. 85°C einen Druck von 40 bar
und ist geeignet auch bei geringen Erhitzungstemperaturen mechanische Arbeit zu
leisten und die Kolben des Motorkompressors an zur treiben. Die Antriebsräume sind
mit (7) bezelchnet. .ber die Kolben wird die Antriebsenergie unmittelbar in Verdichtungsarbeit
umgesetzt,indem das im Raum 8 vorhandene Arbeitsmittel verdichtet und über das zugehörige
Ventil ausgestossen wird.
-
In den Räumen (7) und (8) werden zweckmässig die gleichen Arbeitsmittel
verwendet,um Dichtungsprobleme zu vermeiden.
-
Über den Durchbruch in der Ventilwelle des Rotationsventils (6) wird
der Strom des gespannten Arbeitsmittels gesteuert und je nach der Kolbenstellung
wechselnd der linken Antriebskammer und der rechten Antriebskammer (7) zugeführt.Die
Öffnungen des Durchbruches werden erweitert oder verengt,um damit die Einschubzeit
des Volumenstromes in den Zylinderraum (7) zu beeinflussen.Eine 90°Drehung der Ventilwelle
entspricht einem Arbeitshub des Kolbens. Das im Arbeitsraum (8) verdichtete Arbeitsmittel
verhindert, daß der Kolben gegen die Endscheiben
(2) und (3) stosst.
Die Drehgeschwindigkeit der ventilwelle bestimmt die Anzahl der Kolbenhübe pro Zeiteinheit.
Das Rotationsventil (6) bewirkt damit eine pneumatische Steuerung des Doppelkolbens
(3).
-
In einer parallelen Ebene ist ein weiterer Ventilvellendurchbruch
angeordnet,der zum ersten um y00 versetzt ist und den Auslaß des Arbeitsmittels
aus den Räumen (7) steuert,wie auch in der Fig.2 zu erkennen ist.
-
Die Zu-und AbFuhrleitungen des Arbeitsmittelstromes sind sowohl fur
den Einlaß wie für den Auslaß gleich ausgebildet, wle in Fig. 1 dargestellt, (9).
-
die Fig. 2 zeigt den Querschnitt des Motorkopressors durch den Arbeitsraum
(7). Hierbei sind die Veintieiniaßöffnungen der Ebene (9) im Schnitt gezeigt und
die Auslaßöfinungen der parallelen Ebene (10). Die Ventilwelle wird über einen Ausseren
unabhängigen Hilfsantrieb in Drebhewegungen versetzt.
-
Die regelbare Drehgeschwindigkeit der Ventiluella des Rotationsventils
bestimmt die Zahl der Kolbenhübe des Motorkompressors.
-
Die Figuren 3 bis 7 eioen die bereits benannten Einzel teile des Motorkompressors
und bedir Fan keiner zusätzlichen Beschreibung.
-
nie Fiq.B zeigt den Einsatz des Rotationsventils zum Antrieb einer
Kolbenmaschien, die nach den gleichen Konstruktionsprinzipien ausgeführt wurde wie
der Motorkompressor. Unter Nutzung des Arbeitsmittels FKW dient diese Kolbenmaschine
der rrzeugung mechanischer Energie aus beliebigen Wärmequellen, u a. auch aus Abwärme
aus Industrieprozessen und aus Solarenergie. Der Arbeitsmittelstrom FKW fliesst
hier wie bekannt in einem geschlossenen Kreislauf-Erhitzer-Motor- Regenerator-Kondensator-
Förderpumpe - Erhitzer. Im Erhitzer wird die dem Antrieb der Kolbenmaschine dienende
Wärmeenergie ausserhalb des Arbeitsraumes des Motors aufgenommen.
-
Zusammenfassung: er elementierte Motorkompressor mit Hotationsventil
soll vorzugsweise in Kleinwärmepumpen als Wärmepumpenantrieb und ompressor eingesetzt
werden und für Heizzwecke im Vergleich
zur Elektrowärmepumpe zu
einer wesantlich besseren primärenergieausnutzung fffihren. Daruberhinaus wird mit
dem arfindunosgemässen Aggregat die Nutzung beliebiger Wärmequellen ,wie auch Abwärme
und Solarenergie zur Umsetzung in mechanische Energie möglich, die der Verdichtungsarbeit
des Wërmepumpenkompressors dient oder im Bedarfsfall auch für andere Arbeitsmaschinen
eingesetzt werden kann. Durch den Einsatz von Flourkohlenwasserstoff (Frigen) als
Arbeitsmittel wird der Antrieb des Motors auch im niederen Temperaturbereich wirtschaftlich
vertretbar möglich.
-
Die Einführung der Elementierten Baumethode und die Verwendung des
Rotationsventils zur einfachen und pneumatischen Motorsteuerung soll zur wesentlichen
Verbesserung des Kosten-Nutzenverhältnisses der motorgetriebenen Wärmepumpen führen.
Gerausch-und Emissionsprobleme von Schadstoffen werden weitjehend vermieden.
-
- L e e r s e i t e -