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DE102007063141A1 - Heating device for heating a building by means of a heat pump driven by an internal combustion engine - Google Patents

Heating device for heating a building by means of a heat pump driven by an internal combustion engine Download PDF

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DE102007063141A1
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Germany
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heat
internal combustion
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DE102007063141A
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German (de)
Inventor
John Piper
Anette Schwieger
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Schwieger Piper Wichmann GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter John Piper 31311 Uetze
SCHWIEGER PIPER WICHMANN GbR V
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Schwieger Piper Wichmann GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter John Piper 31311 Uetze
SCHWIEGER PIPER WICHMANN GbR V
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine insbesondere zum Einsatz in Gebäuden bestimmte Heizungsvorrichtung zum Beheizen eines Gebäudes mittels einer von einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Wärmepumpe und mindestens einem Wärmespeicher zur Aufnahme von Wärmeenergie, dessen Wärmespeichergehäuse die Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise umschließt oder begrenzt, wobei der Wärmespeicher zumindest eine wärmeleitende Trennwand zu der die Verbrennungskraftmaschine umgebenden Luft bildet. Um eine kompakte und geräuscharme Heizungsvorrichtung mit größtmöglichem Wirkungsgrad bei vergleichsweise geringem Aufwand zu schaffen, ist die Trennwand mit zumindest einem insbesondere Kühlrippen aufweisenden Kühlkörper zur Verbesserung des Wärmeübergangs und/oder zumindest einem Wärmetauscher, insbesondere zur Wärmegewinnung aus dem Abgas und/oder aus dem Schmiermittel der Verbrennungskraftmaschine, ausgestattet. Die Verbrennungskraftmaschine ist hierzu zumindest teilweise von einem multifunktionalen, selbsttragenden, nach außen isolierten Gehäuse umschlossen, welches zugleich den Tank des Wärmespeichers bildet, welcher vorzugsweise die Abwärme des Motorkühlmittels aufnimmt.The invention relates to a heating device, in particular for use in buildings, for heating a building by means of a heat pump driven by a liquid-cooled internal combustion engine and at least one heat accumulator for absorbing heat energy, the heat accumulator housing enclosing or delimiting the internal combustion engine at least partially, wherein the heat accumulator at least one heat-conducting partition to forms the air surrounding the internal combustion engine. In order to create a compact and low-noise heating device with the greatest possible efficiency at relatively low cost, the partition with at least one particular cooling fins having heat sink to improve the heat transfer and / or at least one heat exchanger, in particular for heat recovery from the exhaust gas and / or from the lubricant Internal combustion engine, equipped. The internal combustion engine is for this purpose at least partially enclosed by a multi-functional, self-supporting, outwardly insulated housing, which also forms the tank of the heat accumulator, which preferably absorbs the waste heat of the engine coolant.

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere zum Einsatz in Gebäuden bestimmte Heizungsvorrichtung zum Beheizen eines Gebäudes mittels einer von einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Wärmepumpe und mindestens einem Wärmespeicher zur Aufnahme von Wärmeenergie, dessen Wärmespeichergehäuse die Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise umschließt oder begrenzt, wobei der Wärmespeicher zumindest eine wärmeleitende Trennwand zu der, die Verbrennungskraftmaschine umgebenden Luft bildet.The The invention relates to a particular for use in buildings certain heating device for heating a building by means of one of a liquid-cooled Internal combustion engine driven heat pump and at least one heat storage for absorbing heat energy, its heat storage housing the internal combustion engine at least partially enclosing or limited, wherein the Heat storage at least one heat-conducting partition to the air surrounding the internal combustion engine.

Eine solche Heizungsvorrichtung dient in der Praxis insbesondere der Versorgung von Ein- oder Mehrfamilienhäusern ebenso wie Bürogebäuden oder Industrieeinrichtungen mit der erforderlichen thermischen Energie. Bei Einfamilienhäusern werden zumeist Anlagen mit elektrischen Kleinwärmepumpen zur Heißwassererwärmung und Heizung eingesetzt. Die Wärmepumpe wird dabei durch einen Elektromotor angetrieben. Demgegenüber kommen bei Klimatisierungsanlagen für größere Gebäude auch leistungsstarke Verbrennungsmotoren, z. B. Gasmotoren zum Einsatz. Diese Anlagen sind sowohl zur Kühlung, als auch für einen Heizbetrieb ausgelegt. Sie sind überwiegend in wärmeren Ländern weit verbreitet und bieten mittels der verwendeten Luftkollektoren gute Wirkungsgrade im Kühlbetrieb, während der Heizbetrieb nur bei deutlich positiven Außenlufttemperaturen effektiv ist.A such heating device is used in practice in particular the Supply of single or multi-family houses as well Office buildings or industrial facilities with the required thermal energy. For single-family homes are mostly systems with small electrical heat pumps used for hot water heating and heating. The heat pump is driven by an electric motor. In contrast, come in air conditioning systems for larger buildings also powerful Internal combustion engines, for. B. gas engines used. These plants are both for cooling, as well as for a heating operation designed. They are predominantly in warmer countries widely used and provide by means of the used air collectors good efficiency in cooling mode, during the Heating operation only at clearly positive outside air temperatures is effective.

In der Praxis besteht ein grundlegendes Interessen an der Optimierung und Weiterentwicklung der Wärmepumpen, um den Heizungsbedarf gerade auch für Einfamilienhäuser und kleinere Wohneinheiten möglichst noch kostengünstiger zu decken und die Effizienz zu steigern.In In practice there is a fundamental interest in optimization and further development of heat pumps to meet the heating needs especially for single-family homes and smaller ones Residential units as possible even cheaper cover and increase efficiency.

Dabei haben die Anlagen, die mit Gasmotoren oder anderen konventionellen Verbrennungsmotoren ausgestattet sind, den Vorteil eines höheren primärenergetischen Wirkungsgrades als diejenigen mit elektrischen Antrieben. Anstelle eines elektrischen Motors treibt in diesem Fall ein Verbrennungsmotor, der vorzugsweise mit Erdgas, Dieselkraftstoff oder Biomasse, wie beispielsweise Rapsöl oder Biogas, betrieben werden kann, die Wärmepumpe an. Allerdings benötigt der Verbrennungsmotor eine Schalldämmung. Weiterhin sind die Grundinvestitionskosten sowie der Betriebs- und Wartungsaufwand allgemein höher. Damit sind diese Anlagen bisher nur für große Gebäude mit erheblichem Klimatisierungs- bzw. Kältebedarf ökonomisch vertretbar, nicht für kleinere Wohneinheiten.there have the equipment with gas engines or other conventional Internal combustion engines are equipped, the advantage of a higher primary energy efficiency than those with electrical Drives. Instead of an electric motor drives in this case an internal combustion engine, preferably with natural gas, diesel fuel or biomass, such as rapeseed oil or biogas operated can be, the heat pump. However needed the internal combustion engine a sound insulation. Furthermore are the basic investment costs as well as the operating and maintenance costs generally higher. So these systems are so far only for large Buildings with significant air conditioning or refrigeration needs economically reasonable, not for smaller units.

Der Aufbau und die Funktion der Verbrennungsmotor getriebenen Anlagen sind analog der durch einen Elektromotor antreibbaren Wärmepumpe, wobei der Verdichter direkt oder über ein Getriebe vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Zusätzlich kann dabei die Wärme aus dem Kühlwasser sowie aus dem Abgas des Motors in das Heizungssystem abgegeben werden.Of the Construction and function of the internal combustion engine driven plants are analogous to the heat pump driven by an electric motor, the compressor being directly or via a transmission from Internal combustion engine is driven. In addition, it can the heat from the cooling water as well as from the exhaust gas of the engine are discharged into the heating system.

Die Vorteile gegenüber Elektrowärmepumpen liegen vor allem in der höheren Primärenergieausnutzung, insbesondere durch entfallende Umwandlungs- und Übertragungsverluste im elektrischen Netz und einem damit verbundenen vergleichsweise geringen spezifischen CO2-Ausstoß. Dabei können im Gegensatz zur Elektrowärmepumpe die Verluste durch Abwärme des Verbrennungsmotors zu einem mehr oder minder großen Teil genutzt werden. Nachteilig für einen größtmöglichen Wirkungsgrad beim Heizbetrieb von verbrennungsmotorischen Klimageräten ist allerdings die Verwendung von Luftkollektoren sowie ventilationsgekühlten Motoren, die in der Regel extern vom Gebäude installiert sind. Hier gelangen erhebliche thermische Verluste in die Umwelt, die den Wirkungsgrad schmälern.The advantages over electric heat pumps are mainly in the higher primary energy utilization, in particular by attributable conversion and transmission losses in the electrical network and an associated relatively low specific CO 2 emissions. In contrast to the electric heat pump, the losses due to waste heat from the internal combustion engine can be used to a greater or lesser extent. However, the use of air collectors and ventilation-cooled motors, which are generally installed externally from the building, is disadvantageous for maximum efficiency in the heating operation of internal combustion engine air conditioning units. Here are significant thermal losses in the environment, which reduce the efficiency.

Eine weiterentwickelte Vorrichtung ist beispielsweise durch die US 2006/0059911 A1 bekannt, bei welcher eine mit einem geothermischen Kollektor verbundene Wärmepumpe durch einen Verbrennungsmotor antreibbar ist. Die mittels des Verbrennungsmotors gewonnene thermische Energie wird einem Hochtemperaturspeicher zugeführt während die mittels der Wärmepumpe gewonnene Energie einem Niedertemperaturspeicher zugeführt wird. Um die Lebensdauer zu erhöhen kann der Verbrennungsmotor nach einer speziellen Ausführungsform auch intermittierend betrieben werden.An advanced device is for example by the US 2006/0059911 A1 in which a heat pump connected to a geothermal collector can be driven by an internal combustion engine. The thermal energy obtained by means of the internal combustion engine is supplied to a high-temperature reservoir while the energy obtained by means of the heat pump is supplied to a low-temperature reservoir. In order to increase the life of the internal combustion engine can be operated according to a specific embodiment and intermittently.

Die DE 197 40 398 A1 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb eines Generators, welcher mit einer Wärmepumpe verbunden ist. An die Wärmepumpe sind Solarkollektoren angeschlossen. Die mittels der Verbrennungskraftmaschine gewonnene Energie wird einem Wärmespeichersystem zugeführt, welches einen Warm- und einen Kaltspeicher aufweist.The DE 197 40 398 A1 discloses an internal combustion engine for driving a generator which is connected to a heat pump. Solar collectors are connected to the heat pump. The energy obtained by means of the internal combustion engine is supplied to a heat storage system, which has a hot and a cold storage.

Aus der DE 101 16 573 A1 ist weiterhin eine durch einen Verbrennungsmotor antreibbare Wärmepumpe bekannt, welche mit einem Erdkollektor verbunden ist, wohingegen gemäß der DE 34 14 002 A1 ein Verbrennungsmotor eine Wärmepumpe antreibt, welche mit einem Luftkollektor verbunden ist.From the DE 101 16 573 A1 Furthermore, a heat pump drivable by an internal combustion engine is known, which is connected to a ground collector, whereas according to the DE 34 14 002 A1 an internal combustion engine drives a heat pump which is connected to an air collector.

Die DE 199 09 885 A1 offenbart auch bereits einen Verdichter einer Wärmepumpe, die durch einen Antriebsmotor angetrieben wird.The DE 199 09 885 A1 also already discloses a compressor of a heat pump, which is driven by a drive motor.

Die DE 26 33 662 A1 betrifft ein Heizungs- und Energieversorgungssystem. Durch eine entsprechende Stellung eines Ventils kann das Wasser eines ersten und eines zweiten Wärmespeichers gemischt und damit ein Temperaturausgleich vorgenommen werden.The DE 26 33 662 A1 relates to a heating and power supply system. By a corre sp chende position of a valve, the water of a first and a second heat storage mixed and thus a temperature compensation can be made.

Die DE 26 33 775 A1 bezieht sich auf eine Motorheizung, die im Wesentlichen aus einem Verbrennungsmotor, einer Wärmepumpe und dem Heizungssystem besteht, wobei der Verbrennungsmotor den Kompressor der Wärmepumpe antreibt und die vom Verbrennungsmotor erzeugte Verbrennungswärme ebenfalls wie die von der Wärmepumpe abgegebene Wärme dem Heizungssystem zugeführt wird. Ein Teil der vom Verbrennungsmotor erzeugten Verbrennungswärme wird über das für den Verbrennungsmotor notwendige Kühlsystem über Wärmeaustauscher an das Heizungssystem abgegeben.The DE 26 33 775 A1 refers to an engine heater, which essentially consists of an internal combustion engine, a heat pump and the heating system, wherein the internal combustion engine drives the compressor of the heat pump and the combustion heat generated by the engine is also supplied to the heating system as the heat emitted from the heat pump. A portion of the heat of combustion generated by the engine is discharged via the necessary cooling system for the engine via heat exchangers to the heating system.

Eine gattungsgemäße Heizungsvorrichtung gemäß der DE 30 14 357 A1 betrifft ein Heizaggregat mit einem Verbrennungsmotor und mit Wärmeübertragungseinrichtungen zur Übertragung von Abwärme des Verbrennungsmotors auf einen Heizwasserkreislauf, wobei der Verbrennungsmotor in einer wärmeleitenden Kapsel angeordnet ist, die zumindest teilweise in einen in den Heizwasserkreislauf gelegten Wasserkessel hineinragt. In der Kapsel kann zusätzlich ein Kompressor einer Wärmepumpe angeordnet sein. Durch diese Anordnung soll erreicht werden, dass ein der Vergleichmäßigung der Heizwassertemperatur dienender Pufferspeicher die Verlustwärme des Verbrennungsmotors und seiner Abgase aufnimmt und gleichzeitig die Masse des Aggregats beträchtlich erhöht, wodurch Schwingungen und die bei dem Verbrennungsprozess entstehenden Geräusche aufgefangen und gedämpft werden.A generic heating device according to the DE 30 14 357 A1 relates to a heating unit with an internal combustion engine and with heat transfer means for transmitting waste heat of the internal combustion engine to a Heizwasserkreislauf, wherein the internal combustion engine is arranged in a heat-conducting capsule which projects at least partially into a placed in the Heizwasserkreislauf water boiler. In addition, a compressor of a heat pump can be arranged in the capsule. By this arrangement is to be achieved that a equalization of Heizwassertemperatur serving buffer memory absorbs the heat loss of the engine and its exhaust gases and at the same time considerably increases the mass of the unit, whereby vibrations and the noise generated during the combustion process are absorbed and damped.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer durch diese antreibbaren Wärmepumpe ausgestattete Heizungsvorrichtung erheblich zu verbessern. Insbesondere soll eine kompakte, geräuscharme, installationsfreundliche, wartungsextensive, langlebige, ökonomische und umweltfreundliche Anlage mit größtmöglichem Wirkungsgrad bei vergleichsweise geringem Aufwand ermöglicht werden.Of the The present invention is based on the object, one with a Internal combustion engine and a driven by this heat pump equipped Significantly improve heating device. In particular, should a compact, low-noise, easy to install, maintenance-intensive, durable, economical and environmentally friendly plant with highest possible efficiency with comparatively be made possible little effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Heizungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.These Object is according to the invention with a heating device solved according to the features of claim 1. The further embodiment of the invention is the subclaims refer to.

Erfindungsgemäß ist eine Heizungsvorrichtung mit Wärmepumpe vorgesehen, bei der die Trennwand zwischen dem Wärmespeicher und der die Verbrennungskraftmaschine umgebenden Luft mit zumindest einem insbesondere Kühlrippen aufweisenden Kühlkörper zur Verbesserung des Wärmeübergangs und/oder zumindest einem Wärmetauscher, insbesondere zur Wärmegewinnung aus dem Abgas und/oder aus dem Schmiermittel der Verbrennungskraftmaschine ausgestattet ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist hierzu zumindest teilweise von einem multifunktionalen, selbsttragenden, nach außen isolierten Gehäuse umschlossen, welches zugleich den Tank des Wärmespeichers bildet, welcher vorzugsweise die Abwärme des Motorkühlmittels, insbesondere also des Kühlwassers aufnimmt. Innerhalb dieses Gehäuses sind zumindest stellenweise gut wärmeleitende Wandflächen zum direkten Wärmeaustausch zwischen der den Motor umgebenden Luft und dem Temperaturspeicher und/oder zur direkten Montage von Wärmetauschern, insbesondere Abgaswärmetauschern und Schmiermittelwärmetauschern ausgebildet. Ebenso können hier Kühlkörperelemente zur Verbesserung des Wärmeaustausches mit der Luft im Motorraum vorgesehen sein.According to the invention a heating device provided with heat pump, at the partition between the heat storage and the Internal combustion engine surrounding air with at least one particular Cooling fins having heat sink for Improvement of the heat transfer and / or at least a heat exchanger, in particular for heat recovery from the exhaust gas and / or from the lubricant of the internal combustion engine Is provided. The internal combustion engine is at least for this purpose partly from a multifunctional, self-supporting, outward enclosed housing, which at the same time the tank the heat accumulator forms, which preferably the waste heat the engine coolant, in particular so the cooling water receives. Within this case are at least in places good heat-conducting wall surfaces for direct heat exchange between the air surrounding the engine and the temperature accumulator and / or for the direct installation of heat exchangers, in particular exhaust gas heat exchangers and formed lubricant heat exchangers. Likewise Here, heat sink elements to improve the heat exchange with be provided for the air in the engine compartment.

Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise nahezu die gesamte thermische Energie des Verbrennungsmotors aus dem Kühlwasser, dem Abgas, dem Schmiermittel und der Abluft erfasst und direkt oder über die in die Trennwände integrierten Wärmetauscher in den Wärmespeicher geführt, ohne dass ein Energieverlust an die Umgebung stattfindet.hereby is in a surprisingly simple way almost the entire thermal energy of the internal combustion engine from the cooling water, the exhaust gas, the lubricant and the exhaust air detected and directly or via the heat exchangers integrated into the partitions led into the heat storage, without causing a loss of energy takes place to the environment.

Die Trennwand könnte zumindest abschnittsweise doppelwandig oder hohl ausgeführt sein, um so in einfacher Weise eine unmittelbare Nutzung als Wärmetauscher zu ermöglichen. Dabei kann in dem so geschaffenen Hohlraum das Abgas, das Motoröl und/oder das Kühlwasser geführt werden.The Partition could at least partially double-walled or hollow, so as to easily a to allow immediate use as a heat exchanger. In this case, in the cavity thus created, the exhaust gas, the engine oil and / or the cooling water are guided.

Besonders vorteilhaft ist hingegen die Montage von Wärmetauschern auf diesen Trennwänden oder integriert in zumindest eine Trennwand und bietet dabei deutliche Vorteile gegen über dem Einbau innerhalb des Wärmespeichers. Der Montage- und Fertigungsaufwand ist minimal. Einer Undichtigkeit des Wärmespeichers kann wirkungsvoll und einfach vorgebeugt werden, da weder Abgasleitungen noch sonstige Leitungen hineingeführt werden müssen und eine gute, großflächige Wärmeübertragung in das Wärmespeichermedium gewährleistet werden kann.Especially advantageous, however, is the installation of heat exchangers on these partitions or integrated into at least one Partition and offers significant advantages over the installation within the heat accumulator. The assembly and production costs is minimal. A leak of heat storage can be effectively and easily prevented, since neither exhaust pipes still other lines must be brought in and a good, large-scale heat transfer can be guaranteed in the heat storage medium.

Durch die das Wärmespeichergehäuse außen umschließende Schall- und Wärmedämmung wird eine gleichzeitige Verringerung der Geräuschbelästigung und der thermischen Verluste an die Umgebung erreicht, dies bei geringem konstruktivem und fertigungstechnischem Aufwand, da mit einem Dämmmantel zwei Funktionen erreicht werden. Mit diesen Eigenschaften eignet sich die Heizungsvorrichtung zur Montage innerhalb eines Gebäudes, sodass keine Abwärme direkt in die Umgebung außerhalb des Gebäudes gelangt, wie es bei den verbrennungsmotorischen Klimageräten mit Außenmontage üblich ist.By the heat storage housing outside enclosing sound and heat insulation, a simultaneous reduction of noise pollution and thermal losses is achieved in the environment, this with low design and manufacturing effort, since two functions are achieved with a Dämmmmantel. With these characteristics, the heating device is suitable for installation within a building, so that no waste heat passes directly into the environment outside the building, as with the internal combustion engine air conditioning units with outdoor installation ü is common.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass die Verbrennungskraftmaschine zyklisch betrieben wird, was durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Wärmespeicher erreicht wird. Bei zugleich höherer Spitzenleistung der Verbrennungskraftmaschine wird eine deutliche Verbesserung der Lebens- bzw. Nutzungsdauer der Heizungsvorrichtung erreicht, indem die Verbrennungskraftmaschine nur während des kurzzeitigen Ladezyklus aktiv arbeiten muss und während des längeren Entladezyklus ruht. Dies ist hilfreich, da die Lebensdauer und die Wartungsintervalle von Verbrennungskraftmaschinen deutlich geringer sind, als die Betriebszeiten von herkömmlichen Gas- oder Ölheizungen.Farther proves to be advantageous that the internal combustion engine is operated cyclically, which by the inventively provided heat storage is reached. With at the same time higher peak performance of Internal combustion engine will significantly improve the or service life of the heating device achieved by the internal combustion engine only active during the short charging cycle must and during the longer discharge cycle rests. This is helpful as the life and maintenance intervals of internal combustion engines are significantly lower than the operating times from conventional gas or oil heating systems.

Weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer sind die Reduzierung der Drehzahl sowie ein Vergrößerung des Ölvolumens, welches insbesondere auch einen weitgehend wartungsarmen Betrieb mit langen Wartungsintervallen gestattet.Further Measures to increase the lifetime are the Reduction of the speed and an increase the volume of oil, which in particular a largely low-maintenance operation with long maintenance intervals allowed.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Verbrennungskraftmaschine nahezu vollständig von dem Temperaturspeicher und dem darin befindlichen Wärmeträgermedium eingeschlossen ist, womit eine effektive Geräuschdämmung durch das Wärmespeichermedium erreicht wird. Außerdem wird so das Auskühlen des Verbrennungsmotors in Stillstandszeiten verhindert, was ebenfalls eine Erhöhung der Lebensdauer bewirkt.It proves to be particularly advantageous when the internal combustion engine almost completely from the temperature storage and the therein Heat transfer medium is included, which means a effective noise reduction through the heat storage medium is reached. In addition, so the cooling of the internal combustion engine in downtime prevented, which also causes an increase in the life.

Das Wärmespeichergehäuse wird bevorzugt in einer selbsttragenden, hochkant stehenden Bauform ausgebildet, um weiteren Aufwand für eine tragende Struktur zu vermeiden und um auf einer sehr begrenzten, beispielsweise in Kellerräumen verfügbaren Grundfläche ein nen nenswertes Wärmespeichervolumen von mehreren hundert Litern in dem Wärmespeicher zu realisieren.The Heat storage housing is preferably in a self-supporting, formed upright construction to further effort for avoid a supporting structure and order on a very limited, For example, in basements available floor space a remarkable heat storage volume of several hundred Liters in the heat storage to realize.

Die Verbrennungskraftmaschine treibt einen Verdichter der Wärmepumpe an, welcher ebenfalls innerhalb des Temperaturspeichers oder auch durch ein Antriebselement verbunden außerhalb des Temperaturspeichers angeordnet sein kann.The Internal combustion engine drives a compressor of the heat pump which is also within the temperature memory or else connected by a drive element outside the temperature memory can be arranged.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Heizungsvorrichtung neben dem vorzugsweise als Hochtemperaturspeicher genutzten Wärmespeicher einen weiteren, vorzugsweise separat angeordneten, als Niedertemperaturspeicher ausgeführten Wärmespeicher für ein geringeres Temperaturniveau aufweist. Die thermische Energie der Verbrennungskraftmaschine wird dabei dem Hochtemperaturspeicher und die mittels der Wärmepumpe gewonnene Energie aus der Umwelt dem Niedertemperaturspeicher zugeführt, um so eine optimale wirtschaftliche Nutzung der unterschiedlichen Temperaturniveaus der Motorabwärme, beispielsweise 90°C, und der Wärmepumpe, beispielsweise 55°C, zu ermöglichen.A particularly advantageous embodiment of the present invention Invention is achieved in that the heating device next the preferably used as a high temperature storage heat storage another, preferably arranged separately, as a low-temperature storage running heat storage for a lower Temperature level has. The thermal energy of the internal combustion engine is doing the high-temperature storage and by means of the heat pump obtained energy from the environment supplied to the low-temperature storage, so an optimal economic use of different Temperature levels of engine waste heat, for example 90 ° C, and the heat pump, for example, 55 ° C to allow.

Hierbei hat es sich bereits als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der Hochtemperaturspeicher der Erwärmung von Heißwasser, beispielsweise für eine Dusche oder als Trinkwasser, und der Niedertemperaturspeicher für den Heizkreislauf, insbesondere der Erwärmung einer Fußbodenheizung, dient.in this connection it has already proven to be particularly useful if the high-temperature accumulator of the heating of hot water, for example, for a shower or drinking water, and the low-temperature storage for the heating circuit, in particular the heating of a floor heating, serves.

Besonders vorteilhaft ist die Erwärmung des Heißwassers, beispielsweise des Trinkwassers, in der gezeigten Bauform mit je einem Wärmetauscher in jedem Wärmespeicher. Durch diese Anordnung der Wärmetauscher erfolgt bei der Nutzung von Heißwasser eine vorteilhafte Wärmeentnahme aus beiden Wärmespeichern. Dadurch wird der Hochtemperaturspeicher bei der Entnahme weniger stark belastet und kann das erforderliche hohe Niveau zur Heißwasserbereitung länger halten.Especially advantageous is the heating of the hot water, For example, the drinking water, in the illustrated design with each a heat exchanger in each heat storage. By This arrangement of the heat exchanger takes place during use of hot water an advantageous heat extraction from both heat stores. This will make the high-temperature storage less heavily loaded during removal and may be the required keep high level for hot water preparation longer.

Weiterhin erweist es sich als besonders Erfolg versprechend, wenn sich der Hochtemperaturspeicher und der Niedertemperaturspeicher zum thermischen Energieausgleich durch ein Leitungselement für das Wärmeträgerfluid verbinden lassen. Der so realisierbare bedarfsgerecht einstellbare Ausgleich zwischen dem Hochtemperaturspeicher und dem Niedertemperaturspeicher wird insbesondere auch zur Erhöhung der Ruhezeiten der Verbrennungskraftmaschine durch eine so erreichbare vollständige Entleerung beider Temperaturspeicher genutzt. Zugleich wird eine sehr geringe Starttemperatur der Wärmespeicher für den Ladevorgang durch die Wärmepumpe geschaffen. Der Energieaustausch kann dabei entweder über Wärmetauscher oder unmittelbar durch Austausch des Wärmeträgerfluides zwischen dem Hochtemperaturspeicher und dem Niedertemperaturspeicher erfolgen. Eine definierte Starttemperatur beim Erwärmen der Temperaturspeicher ermöglicht eine genaue Dimensionierung der Temperaturspeicher mit dem Ziel, beide vorbestimmte Endtemperaturen zeitgleich zu erreichen.Farther proves to be particularly promising when the High temperature storage and low temperature storage to the thermal Energy balance by a line element for the heat transfer fluid connect. The so realizable adjustable demand Balancing between the high-temperature storage and the low-temperature storage In particular, to increase the rest of the Internal combustion engine through a so achievable complete Emptying used both temperature storage. At the same time, a very low starting temperature of the heat storage for created the charging process by the heat pump. The energy exchange can either via heat exchangers or directly by replacing the heat transfer fluid between the high-temperature storage and the low-temperature storage done. A defined starting temperature when heating the temperature memory allows accurate dimensioning of the temperature memory with the aim of achieving both predetermined end temperatures at the same time.

Bei der Aktivierung des Ausgleichskreislaufs werden die beiden Wärmetauscher zur Heißwasserbereitung mit einer erfindungsgemäßen vorteilhaften Doppelfunktion belegt. Hierzu wird durch diese Wärmetauscher mittels einer Umwälzpumpe und eines Rückschlagventils eine zusätzliche Wärmeübertragung zwischen den Wärmespeichern hergestellt. Das Rückschlagventil verhindert den Bypass des Trinkwassers bei der Heißwasserbereitung.at the activation of the compensation circuit are the two heat exchangers for hot water preparation with an inventive occupied advantageous dual function. This is done by this heat exchanger by means of a circulation pump and a check valve an additional heat transfer between made the heat storage. The check valve prevents the bypass of drinking water during hot water preparation.

Die Wärmepumpe könnte mit einem Luftkollektor verbunden sein. Besonders Erfolg versprechend ist hingegen eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Wärmepumpe mit einem Erdkollektor verbunden ist. Der Erdkollektor gewährleistet vor allem im tiefen Winter höhere Vorlauftemperaturen bzw. Soletemperaturen für die Wärmepumpe als ein Luftkollektor und kann so die Effizienz der Vorrichtung weiter verbessern.The heat pump could be connected to an air collector. Particularly promising, however, is a modification of the present the invention in which the heat pump is connected to a ground collector. The earth collector ensures especially in deep winter higher flow temperatures and brine temperatures for the heat pump as an air collector and can thus further improve the efficiency of the device.

Prinzipiell kann aber auch eine Version der Heizungsvorrichtung mit einem preiswerteren, aber weniger effektivem Luftkollektor von ökonomischem Vorteil sein, insbesondere in Gebieten ohne besonders niedrige Außentemperaturen.in principle but can also be a version of the heating device with a cheaper, but less effective air collector of economic advantage especially in areas without particularly low outside temperatures.

Eine Wärmepumpe mit einem gut dimensionierten Erdkollektor, einer Tiefensonde oder einem Kollektor zur Energiegewinnung aus einem Gewässer kann einen Energiegewinn um den Faktor 4 bis 5 bezogen auf die von der Verbrennungskraftmaschine gelieferte mechanische Energie bringen. Die Verbrennungskraftmaschine erzeugt mit der ihm zugeführten Primärenergie etwa 1/3 mechanische Energie für die Wärmepumpe und 2/3 Abwärme. Durch diesen 1/3-Anteil der mechanischen Energie werden also 4/3 bzw. 5/3 thermische Energie mittels der Wärmepumpe aus der Umwelt entnommen und dem Niedertemperaturspeicher zugeführt. Die 2/3 Energie aus der Motorabwärme werden mit dem Kühlwasser und dem erfindungsgemäßen, vorteilhaften Wärmetauschersystem auf oder innerhalb der Trennwand erfasst und in dem Hochtemperaturwärmespeicher verfügbar gemacht. In beiden Wärmespeichern werden damit insgesamt 6/3 bzw. 7/3 Energie bezogen auf die eingesetzte Primärenergie verfügbar gemacht. Dies entspricht einer theoretischen Primärenergienutzung von 200% bis 233%. Dagegen nutzt eine herkömmliche Gas- oder Ölheizung lediglich die 2/3 thermische Energie des Kraftstoffs (66% der Primärenergie). Es ist also eine bis zu 3,5-fach bessere Nutzung des Kraftstoffs möglich, d. h. der Verbrauch sinkt auf 1/3 einer her kömmlichen Heizungsanlage. Aus dieser effektiven Nutzung erfolgt eine gleichermaßen hohe Reduktion von Emissionen, wie insbesondere CO2.A heat pump with a well-sized ground collector, a depth probe or a collector for energy from a body of water can bring an energy gain by a factor of 4 to 5 based on the mechanical energy supplied by the internal combustion engine. The internal combustion engine generates with the primary energy supplied to it about 1/3 mechanical energy for the heat pump and 2/3 waste heat. By this 1/3 portion of the mechanical energy so 4/3 or 5/3 thermal energy removed by the heat pump from the environment and fed to the low-temperature storage. The 2/3 energy from the engine waste heat are detected with the cooling water and the advantageous heat exchanger system according to the invention on or within the partition and made available in the high-temperature heat storage. In both heat accumulators, a total of 6/3 or 7/3 energy related to the primary energy used is made available. This corresponds to a theoretical primary energy use of 200% to 233%. In contrast, a conventional gas or oil heater uses only 2/3 thermal energy of the fuel (66% of the primary energy). So it is up to 3.5 times better use of the fuel possible, ie the consumption drops to 1/3 of a forth conventional heating system. This effective use results in an equally high reduction of emissions, in particular CO 2 .

Eine andere ebenfalls besonders praxisgerechte Abwandlung wird dadurch erreicht, dass die Heizungsvorrichtung einen mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Generator zur elektrischen Energieerzeugung aufweist, sodass bei geringem Bedarf an thermischer Energie wahlweise elektrische Energie alternativ oder zugleich erzeugt werden kann. Die Energieerzeugung kann beispielsweise im Niederspannungsbereich erfolgen, um so die Kosten für eine Energiespeicherung mittels eines Akkumulators gering zu halten. In bestimmten Betriebszuständen wäre es auch vorteilhaft die mechanische Energie der Verbrennungskraftmaschine über die elektrische- in thermische Energie umwandeln zu können, um die Last der Verbrennungskraftmaschine zu beeinflussen, sodass eine optimale Leistung der Verbrennungskraftmaschine erreicht wird. Diese Situation kommt besonders dann vor, wenn der Verdichter eine niedrigere Leistung der Verbrennungskraftmaschine aufnimmt, beispielsweise wenn die Umgebungstemperatur des Verdampfers zu niedrig ist, bzw. wenn die Umgebungstemperatur des Kondensators erhöht ist.A Other also particularly practical modification is characterized achieved that the heating device by means of the internal combustion engine has a drivable generator for electrical power generation, so that with low demand for thermal energy optional electrical Energy can be generated alternatively or simultaneously. The energy production can be done for example in the low voltage range, so the Cost of energy storage by means of a rechargeable battery to keep low. In certain operating conditions would be It also advantageous the mechanical energy of the internal combustion engine over the to convert electrical energy into thermal energy, to affect the load of the internal combustion engine, so optimum performance of the internal combustion engine is achieved. This situation occurs especially when the compressor has a lower performance of the internal combustion engine receives, for example if the ambient temperature of the evaporator is too low, or when the ambient temperature of the capacitor is increased.

Eine andere ebenfalls besonders gewinnbringende Ausgestaltung der Vorrichtung wird dadurch erreicht, dass die Verbrennungskraftmaschine mit einem mit dem Hochtemperaturspeicher verbundenen Abgaswärmetauscher ausgestattet ist, um so die thermische Energie der Verbrennungskraftmaschine in optimaler Weise nutzen zu können.A other also particularly profitable embodiment of the device is achieved in that the internal combustion engine with a associated with the high-temperature accumulator exhaust heat exchanger is equipped so as to increase the thermal energy of the internal combustion engine to use in an optimal way.

In ähnlicher Weise kann die Effizienz der thermischen Energiegewinnung weiter verbessert werden, indem die Verbrennungskraftmaschine mit einem mit dem Hochtemperaturspeicher verbundenen Schmiermittelwärmetauscher, insbesondere Schmiermittelkühler ausgestattet ist, sodass nicht nur die thermische Energie des Schmiermittels der Energiegewinnung zugeführt werden kann, sondern auch die Funktionsbereitschaft der Verbrennungskraftmaschine durch die so realisierbare niedrige Schmiermitteltemperatur verbessert werden kann.In similar Way, the efficiency of thermal energy production can continue be improved by the internal combustion engine with a Lubricant heat exchanger connected to the high-temperature reservoir, especially lubricant cooler is equipped so that not only the thermal energy of the lubricant of energy production can be supplied, but also the operational readiness the internal combustion engine by the thus achievable low lubricant temperature can be improved.

Erfindungsgemäß besteht ein erheblicher Vorteil darin, die beiden Wärmetauscher für das Abgas und das Schmiermittel von der Motorraumseite direkt, flächig auf der wärmeleitenden Trennwand zwischen Wärmespeicher und Motor anzubringen. Durch diese Bauform entfallen aufwändige Rohrleitungen und Pumpen zu Wärmetauschern innerhalb des Motorraumes oder eine technisch schwierige Integration von Wärmetauschern in die Wärmespeicher. Der Wärmespeichertank bleibt „unverletzt". Infolge dessen wird eine kompakte, einfache, montage- und reparaturfreundliche Energiegewinnung und Zuführung in die Wärmespeicher er reicht, ohne Probleme mit undichten Wärmespeichern, Korrosion von Wärmetauschern und unzugänglichen Komponenten innerhalb der in der Regel verschweißten Wärmespeicher.According to the invention a significant advantage in that, the two heat exchangers for the exhaust and lubricant from the engine compartment side directly, flat on the heat-conducting partition between Heat storage and engine to install. Due to this design Costly pipelines and pumps are no longer required for heat exchangers within the engine compartment or a technically difficult integration of heat exchangers in the heat storage. The heat storage tank remains "uninjured." As a result, a compact, simple, easy to assemble and repair energy and supply in the heat storage he goes, without problems with leaking Heat storage, corrosion of heat exchangers and inaccessible components within the usually welded Heat storage.

Zur Gewährleistung einer ausreichenden Kühlung und der dadurch erhöhten Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine eignet sich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, wobei der Verbrennungskraftmaschine ein mit einer variablen Förderpumpe ausgestatteter Kühlkreislauf zugeordnet ist, durch welche der Kühlmittelstrom einstellbar und in Abhängigkeit erfasster Temperaturmesswerte variabel ist. Durch die Regelung des Volumenstroms kann ein geringer Energieverbrauch der Wärmepumpe sowie eine bedarfsweise hohe Förderleistung zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden.to Ensuring adequate cooling and the resulting increased life of the internal combustion engine is another embodiment of the invention, wherein the Internal combustion engine with a variable feed pump equipped cooling circuit is assigned, through which the coolant flow adjustable and depending detected temperature readings is variable. By the regulation of Volume flow can be a low energy consumption of the heat pump and a high flow rate as needed for cooling the internal combustion engine can be ensured.

Wobei zudem gemäß einer weiteren besonders zielführenden Abwandlung in dem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine ein Strömungsleitelement, vorzugsweise ein Ventil angeordnet ist, durch welches das Wärmeträgerfluid der Verbrennungskraftmaschine wahlweise aus dem Niedertemperaturspeicher und/oder dem Hochtemperaturspeicher zuführbar ist, um so eine ausreichende Kühlung der Verbrennungskraftmaschine und optimale Nutzung der thermischen Energie sicherzustellen.In which also according to another particularly expedient Modification in the cooling circuit of the internal combustion engine a flow guide, preferably a valve arranged is, through which the heat transfer fluid of the internal combustion engine optionally supplied from the low-temperature storage and / or the high-temperature storage is so as a sufficient cooling of the internal combustion engine and ensure optimal use of thermal energy.

Ebenfalls zeigt sich in der Praxis eine Ausgestaltung als Gewinn bringend, wenn zumindest ein Temperaturspeicher als ein Schichtspeicher ausgeführt ist, um so die in dem Temperaturspeicher vorherrschende Temperaturverteilung optimal für die jeweiligen Nutzungsanforderungen einsetzen zu können. Im optimalen Fall wird die erforderliche Temperatur durch Entnahme der entsprechenden Schicht erhalten.Also shows in practice an embodiment as a profit, when at least one temperature memory is executed as a stratified memory is so the temperature distribution prevailing in the temperature storage optimal for the respective usage requirements to be able to. In the optimal case, the required temperature obtained by removal of the corresponding layer.

Um eine zuverlässige Versorgung unter allen Umständen sicherzustellen ist die Heizungsvorrichtung mit einer elektrischen Heizvorrichtung ausgestattet, die insbesondere bei Ausfall der Heizungsvorrichtung oder ergänzend zum Einsatz kommt.Around a reliable supply in all circumstances ensure the heating device is with an electric Heating device equipped, in particular in case of failure of the heating device or additionally used.

Die Verbrennungskraftmaschine kann auf beliebigen Wirkprinzipien beruhen und an die individuellen Anforderungen angepasst sein. Besonders sinnvoll ist es hingegen, wenn die Verbrennungskraftmaschine als ein Dieselmotor, ein Gasmotor oder ein Heißluftmotor, insbesondere ein Stirlingmotor, ausgeführt ist. Die Verbrennungskraftmaschine kann zudem auch austauschbar ausgeführt sein, wobei ein modularer Aufbau der Klimatisierungsvorrichtung eine einfache Anpassung an verfügbare Treibstoffe, insbesondere auch Biokraftstoffe, oder die Anforderungen der zu beheizenden Gebäude gestattet.The Internal combustion engine can be based on any principles of action and adapted to individual requirements. Especially useful on the other hand, if the internal combustion engine is a diesel engine, a gas engine or a hot-air engine, in particular a Stirling engine, is executed. The internal combustion engine can also also be designed interchangeable, with a modular Structure of the air conditioning device to a simple adaptation available fuels, especially biofuels, or the requirements of the building to be heated.

Insbesondere temperaturempfindliche Komponenten wie die Steuerung, der Generator und eventuell der Kompressor können in einem gesonderten Raum, vorzugsweise unterhalb des Motorraums angeordnet werden, der keinen unmittelbaren Wärmeaustausch mit dem Hochtemperaturspeicher hat. Das Kühlen von temperaturempfindlichen Komponenten ist auch durch das Positionieren dieser Komponenten in dem Einsaugluftstrom bzw. der Einsaugluftleitung der Verbrennungskraftmaschine realisierbar.Especially temperature-sensitive components such as the controller, the generator and possibly the compressor can be in a separate Space, preferably be arranged below the engine compartment, the has no direct heat exchange with the high temperature storage. The cooling of temperature-sensitive components is also by positioning these components in the intake air flow or the intake air line of the internal combustion engine feasible.

Durch eine Umkehrung des Betriebs der Wärmepumpe oder eine Nutzung eines Erdkollektors als direktes Kühlorgan ohne Wärmepumpe ist wahlweise der Einsatz der Heizungsvorrichtung zum Heizen oder Kühlen möglich, sodass sich eine optimale Nutzung beispielsweise auch in den Sommermonaten erreichen lässt.By a reversal of the operation of the heat pump or use an earth collector as direct cooling element without heat pump is either the use of the heating device for heating or Cooling possible, allowing for optimal use For example, in the summer months can be achieved.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Heizungsvorrichtung. Eine flüssigkeitsgekühlte, vorzugsweise wassergekühlte Verbrennungskraftmaschine 1 erzeugt mechanische Leistung und Abwärme in einem Verhältnis von ca. 1 kW mechanisch zu 2 kW thermisch. Die thermische Leistung wird mittels eines Kühlkreislaufs 23 und einer Kühlmittelpumpe 4 aus dem Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine 1 und eventuell aus einem Abgaswärmetauscher 2 sowie aus einem Ölwärmetauscher 46 entnommen und in einem Hochtemperaturspeicher 31 mit einem maximalen Temperaturniveau von etwa 95°C gespeichert. Das Abgas kann bei Bedarf über eine Abgasreinigung 3 an den Abgasanschluss 5 geführt werden. Die hohe Wärmespeichertemperatur von maximal 95°C wird vorzugsweise zur Warmwasserbereitung des Gebäudes genutzt. Hierzu sind zwei Wärmetauscher 32 und 35 sowie ein Kaltwasseranschluss 33 und ein Warmwasseranschluss 34 vorgesehen.The invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows a schematic diagram of a heating device according to the invention. A liquid-cooled, preferably water-cooled internal combustion engine 1 generates mechanical power and waste heat in a ratio of about 1 kW mechanically to 2 kW thermally. The thermal power is achieved by means of a cooling circuit 23 and a coolant pump 4 from the cooling water of the internal combustion engine 1 and possibly from an exhaust gas heat exchanger 2 as well as from an oil heat exchanger 46 taken and in a high-temperature storage 31 stored at a maximum temperature level of about 95 ° C. The exhaust gas can if required via an exhaust gas purification 3 to the exhaust connection 5 be guided. The high heat storage temperature of maximum 95 ° C is preferably used for hot water preparation of the building. These are two heat exchangers 32 and 35 as well as a cold water connection 33 and a hot water connection 34 intended.

Die mechanische Leistung wird direkt oder über ein Getriebe, beispielsweise Riemengetriebe, bestehend aus Riemenscheibe 9, Riemen 10 und Riemenscheibe motorseitig 11 dem Kompressor bzw. Verdichter 15 einer Wärmepumpe zugeführt. Die Wärmepumpe besteht aus dem genannten Kompressor 15, dem Wärmetauscher bzw. Kondensator 16, dem Wärmetauscher bzw. Verdampfer 17, dem Expansionsventil 18 und einem Leitungssystem für den Kältemittelkreislauf 19.The mechanical power is transmitted directly or through a gearbox, for example a belt drive consisting of a pulley 9 , Straps 10 and pulley motor side 11 the compressor or compressor 15 fed to a heat pump. The heat pump consists of the named compressor 15 , the heat exchanger or condenser 16 , the heat exchanger or evaporator 17 , the expansion valve 18 and a conduit system for the refrigerant circuit 19 ,

Die am Kondensator anfallende Wärme wird über eine Umwälzpumpe 20, einen Zwischenkreislauf 24 und einen Wärmetauscher 39 einem Niedertemperaturspeicher 38 bei einem für die Wärmepumpe günstigen Temperaturniveau von beispielsweise maximal 60°C zugeführt. Alternativ zur gezeichneten Variante kann der Wärmetauscher 39 auch entfallen, wenn das Wärmespeichermedium des Niedertemperaturspeichers 38 direkt an den Zwischenkreislauf 24 angeschlossen ist, d. h. durch den Kondensator 16 geleitet wird.The heat generated at the condenser is transferred via a circulating pump 20 , an intermediate circuit 24 and a heat exchanger 39 a low temperature storage 38 supplied at a favorable for the heat pump temperature level, for example, a maximum of 60 ° C. Alternatively to the drawn variant of the heat exchanger 39 also omitted if the heat storage medium of the low-temperature storage 38 directly to the intermediate circuit 24 is connected, ie through the capacitor 16 is directed.

Aus dem Niedertemperaturspeicher wird über eine Umwälzpumpe 42 vorzugsweise der Heizkreislauf eines Gebäudes 41 mit Heizkörpern 43 und/oder Fußboden-/Flächenheizung 44 gespeist. Der Niedertemperaturspeicher 38 und/oder der Hochtemperaturspeicher 31 oder andere Systemkomponenten können alternativ im Notbetrieb durch Elektroheizvorrichtungen 40 beheizt werden, sollte die Anlage ausfallen.From the low-temperature storage is via a circulation pump 42 preferably the heating circuit of a building 41 with radiators 43 and / or floor / surface heating 44 fed. The low temperature storage 38 and / or the high temperature storage 31 or other system components may alternatively be in emergency operation by electric heaters 40 be heated, the system should fail.

Um verschiedenen Entnahmesituationen von Wärme aus den beiden Wärmespeichern gerecht zu werden, ist zeitweise ein Wärmetransport zwischen den Wärmespeichern hilfreich, insbesondere um ein verfrühtes Einschalten und Aufheizen der Wärmespeicher durch den Verbrennungsmotor und die Wärmepumpe zu vermeiden. Zwischen den beiden Wärmspeichern kann dazu mittels eines Ausgleichskreislaufs 45, bestehend aus einer Umwälzpumpe 36 und einem Rückschlagventil 37, ein Wärmetransport hergestellt werden. Dabei werden durch diese Anordnung die beiden bereits vorhandenen Wärmetauscher der Warmwasserbereitung genutzt. Es sind also keine zusätzlichen Wärmetauscher erforderlich. Das Rückschlagventil 37 gewährleistet, dass bei Warmwasserentnahme das Wasser durch die beiden Wärmetauscher fließt und nicht durch die Ausgleichsleitung. Durch diese Bauform können die Wasserfüllungen beider Wärmespeicher getrennt bleiben, was Vorteile bei der Befüllung, bei Verschmutzungen und beim Korrosionsschutz sowie dem Installationsaufwand und der Auslegung hinsichtlich des maximalen Drucks im Wärmespeicher bietet.To various extraction situations of heat from the two heat storage ge To be right, at times a heat transfer between the heat storage is helpful, in particular to prevent premature switching on and heating of the heat storage by the internal combustion engine and the heat pump. Between the two heat accumulators can do this by means of a balancing circuit 45 , consisting of a circulation pump 36 and a check valve 37 , a heat transfer can be made. In this case, the two existing heat exchangers of water heating are used by this arrangement. So there are no additional heat exchangers required. The check valve 37 ensures that the water flows through the two heat exchangers during hot water extraction and not through the compensation line. This design allows the water fillings of both heat storage remain separated, which offers advantages in filling, contamination and corrosion protection and the installation effort and design in terms of maximum pressure in the heat storage.

Alternativ ist auch ein einfacher Wasseraustausch beider Wärmespeicher zum Temperaturausgleich, beispielsweise über eine Pumpe, möglich, der die genannten Vorteile nicht bietet, aber ebenfalls mit sehr wenigen Bauteilen, aber zusätzlichem externen Aufwand für Leitungen auskommen kann.alternative is also a simple water exchange both heat storage for temperature compensation, for example via a pump, possible, which does not offer the advantages mentioned, but also with very few components, but additional external effort for lines can get along.

Die am Verdampfer 17 der Wärmepumpe entstehende Kälte wird über eine Umwälzpumpe 21 und ein Leitungssystem des Solekreislaufs 25 mittels Kollektor oder Wärmetauscher 26 abgeführt. Als nutzbare Wärmequelle kommen hierfür sowohl das Erdreich, das Grundwasser, ein Gewässer, die Umgebungsluft als auch sonstige Abwärmequellen in Betracht.The at the evaporator 17 The heat generated by the heat pump is circulated via a circulation pump 21 and a piping system of the brine circuit 25 by means of collector or heat exchanger 26 dissipated. As a usable heat source for this purpose, both the soil, the groundwater, a body of water, the ambient air and other waste heat sources into consideration.

Die Verbrennungskraftmaschine 1 befindet sich vorzugsweise zusammen mit den wesentlichen Aggregaten der Wärmepumpe in einem lärmgedämmten Gehäuse 6, welches erfindungsgemäß zumindest teilweise aus dem Tank eines Wärmespeichers, vorzugsweise des Hochtemperaturspeichers gebildet wird.The internal combustion engine 1 is preferably located together with the main units of the heat pump in a noise-insulated housing 6 , which according to the invention at least partially from the tank of a heat storage, preferably the high-temperature storage is formed.

Diese, zum Teil aus anderen Anmeldungen bekannten Merkmale werden erfindungsgemäß durch eine wärmeleitende, multifunktionale Trennwand 47 zwischen dem Wärmespeicher und dem Motorraum ergänzt. Die besondere Bauform der Trennwand 47 ermöglicht nicht nur eine direkte und optimale, verlustfreie Einleitung der Luft- und Strahlungsabwärme der Verbrennungskraftmaschine 1 in den Wärmespeicher, eventuell verbessert mittels zusätzlicher Kühlkörperelemente, sondern wird als Träger für die Wärmetauscher 46 für das Motoröl und das Abgas genutzt.This, in part from other applications known features according to the invention by a thermally conductive, multifunctional partition 47 supplemented between the heat storage and the engine compartment. The special design of the partition 47 allows not only a direct and optimal, lossless introduction of the air and radiation heat of the internal combustion engine 1 in the heat storage, possibly improved by means of additional heat sink elements, but is used as a carrier for the heat exchanger 46 used for the engine oil and the exhaust gas.

Dabei besteht ein erheblicher Vorteil darin, die beiden Wärmetauscher für Abgas und Schmiermittel von der Motorraumseite direkt, flächig auf dieser Trennwand 47 zwischen Wärmespeicher und Verbrennungskraftmaschine 1 anzubringen. Durch diese Bauform entfallen aufwändige Rohrleitungen und Pumpen zu Wärmetauschern innerhalb des Motorraums oder eine technisch schwierige Integration von Wärmetauschern in die Wärmespeicher. Der Wärmespeichertank bleibt ohne zusätzliche Durchbrechungen. Infolge dessen wird eine kompakte, einfache, montage- und reparaturfreundliche Energiegewinnung und -zuführung in die Wärmespeicher erreicht, ohne Probleme mit undichten Wärmespeichern, Korrosion von Wärmetauschern und unzugänglichen Komponenten innerhalb der in der Regel verschweißten Wärmespeicher. Die drei Funktionen der Luft-, Abgas- und Schmiermittelwärmetauscher können vorzugsweise in einer platzsparenden, korrosionsarmen und preiswerten Stranggussbauweise aus Aluminium gefertigt sein, wobei es sinnvoll erscheint, zumindest einzelne Funktionen in ein gemeinsames Profil zu integrieren.There is a considerable advantage in that the two heat exchanger for exhaust gas and lubricant from the engine compartment side directly, area on this partition 47 between heat storage and internal combustion engine 1 to install. This design eliminates complex piping and pumps to heat exchangers within the engine compartment or a technically difficult integration of heat exchangers in the heat storage. The heat storage tank remains without additional openings. As a result, a compact, simple, easy to install and repair energy is obtained and fed into the heat storage, without problems with leaking heat accumulators, corrosion of heat exchangers and inaccessible components within the usually welded heat storage. The three functions of the air, exhaust and lubricant heat exchangers can preferably be made of aluminum in a space-saving, low-corrosion and low-cost continuous casting construction, whereby it seems sensible to integrate at least individual functions into a common profile.

Durch diese Bauform werden in der Summe folgende Vorteile erreicht: Eine gemeinsame Wärmedämmung nach außen minimiert thermische Verluste und vermeidet das Auskühlen des Motors im Stillstand. Die Wasserfüllung und der massive Tank dämpfen den Lärm- und Schwingungspegel des Motors erheblich. Die Leitungsführungen zwischen den Komponenten liegen weitgehend im Inneren des Geräts und werden in ihrer Länge minimiert. Der externe Installationsaufwand kann minimal gehalten werden. Alle wesentlichen Teile befinden sich innerhalb des Systems. Der Installationsaufwand, Verrohrungsaufwand und Platzbedarf für Abgaswärmetauscher und andere Wärmetauscher ist durch den direkten Wärmeübergang eines eventuell gemeinsamen Wärmetauscherelements auf der Trennwand minimal. Der zusätzliche Gehäuseaufwand kann minimiert werden. Weiterhin wird eine äußerst kompakte Bauform erreicht. Insgesamt werden alle energetischen Verluste durch das Gesamtsystem minimiert, wobei zur effektiven Schwingungsdämpfung zusätzliche Schwingungsisolatoren 7 vorgesehen werden können.Overall, the following advantages are achieved with this design: A common external thermal insulation minimizes thermal losses and prevents the motor from cooling down during standstill. The water filling and the massive tank significantly reduce the noise and vibration levels of the engine. The routing between the components are largely inside the device and are minimized in length. The external installation effort can be kept to a minimum. All essential parts are inside the system. The installation effort, piping and space requirements for exhaust gas heat exchanger and other heat exchangers is minimal by the direct heat transfer of a possibly common heat exchanger element on the partition wall. The additional housing costs can be minimized. Furthermore, an extremely compact design is achieved. Overall, all energy losses are minimized by the overall system, with additional vibration isolators for effective vibration damping 7 can be provided.

Die Bauform des Wärmespeichergehäuses kann im einfachsten Falle durch ein direktes Anordnen des Wärmespeichers über dem Motorraum mit einem direkten Wärmeübergang erreicht werden, ohne dass eine komplette Umhüllung der Verbrennungskraftmaschine durch den Wärmespeicher vorgesehen ist.The Design of the heat storage housing can be the simplest Trap by directly arranging the heat storage over the engine compartment with a direct heat transfer be achieved without a complete wrapping of the Internal combustion engine provided by the heat storage is.

Insbesondere temperaturempfindliche Komponenten wie die Steuerung, der Generator und eventuell der Kompressor können in einem gesonderten Raum, vorzugsweise unterhalb des Motorraums angeordnet werden, der keinen unmittelbaren Wärmeaustausch mit dem Hochtemperaturwärmespeicher hat.In particular, temperature-sensitive components such as the controller, the generator and possibly the compressor can in a separate room, preferably below the engine be arranged space that has no direct heat exchange with the high-temperature heat storage.

Die verschiedenen Wärmespeicher gewährleisten einen zyklischen Betrieb des Verbrennungsmotors und Verdichters, das heißt, der Motor läuft nur so lange, bis beide Hauptspeicher 38 und 31 ihr maximales Temperaturniveau von 55°C bzw. 95°C erreicht haben. Danach kann die Anlage über einen längeren Zeitraum ruhen, bis beide Wärmespeicher auf eine zulässige Minimaltemperatur von beispielsweise 35°C... 40°C abgekühlt sind. Bei Bedarf wird über den genannten Ausgleichskreislauf Energie in beiden Richtungen transportiert, um eine vollständige Wärmeentnahme beider Hauptspeicher zu erreichen, bevor die Anlage wieder einschaltet. Durch die getaktete Arbeitsweise des Motors wird dieser vor hohen Laufzeiten und häufigen Wartungsintervallen bewahrt. Die gesamte Anlage wird über eine elektronische Steuerung 29 kontrolliert und betrieben.The various heat accumulators ensure a cyclic operation of the internal combustion engine and compressor, that is, the engine runs only until both main memory 38 and 31 have reached their maximum temperature levels of 55 ° C and 95 ° C respectively. Thereafter, the system can rest for a long time until both heat storage are cooled to a minimum allowable temperature, for example 35 ° C ... 40 ° C. If necessary, energy is transported in both directions via the said compensation circuit in order to achieve a complete heat removal of both main storage before the system switches on again. Due to the clocked mode of operation of the engine, this is preserved from high transit times and frequent maintenance intervals. The entire system is powered by an electronic controller 29 controlled and operated.

Über einen Generator 22, der mittels Riementrieb 12, 13, 14 vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann alternativ elektrische Energie gewonnen werden, um vorzugsweise zu Jahreszeiten mit geringem Heizungsbedarf aber erforderlicher Warmwasserbereitung die mechanische Energie elektrisch zu nutzen. Eine Netzeinspeisung ist ebenso denkbar. Der Generator kann dabei auch die Energie für den Anlasser des Motors liefern, wenn ein Akkumulator ergänzt wird. Er ist hierzu beispielsweise in Niedervolttechnik, beispielsweise 12 V oder 24 V, ausgeführt.About a generator 22 that by means of belt drive 12 . 13 . 14 is driven by the internal combustion engine, alternatively, electrical energy can be obtained in order to preferably use the mechanical energy electrically at seasons with low heating demand but required water heating. An infeed is also conceivable. The generator can also provide the energy for the starter of the engine when an accumulator is supplemented. He is this example, in low-voltage technology, for example, 12 V or 24 V, running.

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Claims (18)

Heizungsvorrichtung zum Beheizen eines Gebäudes mittels einer von einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Wärmepumpe und mindestens einem Wärmespeicher zur Aufnahme von Wärmeenergie, dessen Wärmespeichergehäuse die Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise umschließt oder begrenzt, wobei der Wärmespeicher zumindest eine wärmeleitende Trennwand zu der, die Verbrennungskraftmaschine umgebenden Luft bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand mit zumindest einem insbesondere Kühlrippen aufweisenden Kühlkörper zur Verbesserung des Wärmeübergangs und/oder zumindest einem Wärmetauscher, insbesondere zur Wärmegewinnung aus dem Abgas und/oder aus dem Schmiermittel der Verbrennungskraftmaschine ausgestattet ist.Heating device for heating a building by means of a driven by a liquid-cooled internal combustion engine heat pump and at least one heat storage for receiving heat energy whose heat storage housing surrounds or limits the internal combustion engine at least partially, wherein the heat accumulator forms at least one heat-conducting partition to the surrounding the internal combustion engine air, characterized in that the dividing wall is equipped with at least one cooling body, in particular having cooling fins, for improving the heat transfer and / or at least one heat exchanger, in particular for obtaining heat from the exhaust gas and / or from the lubricant of the internal combustion engine. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand zumindest abschnittsweise doppelwandig und/oder hohl ausgeführt ist.Heating device according to claim 1, characterized in that that the partition at least partially double-walled and / or hollow executed. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System zumindest mit zumindest einzelnen der Funktionseinheiten: – Wärmedämmung und/oder – Lärmisolation und/oder – Schwingungsisolation und/oder – Abgasreinigungssystem und/oder – Abgasschalldämpfer und/oder – Wärmetauscher zur Warmwasserbereitung des Gebäudes und/oder – die wesentlichen Teile der Wärmepumpe und/oder – die wesentlichen Teile der elektronischen Steuerung des Systems und/oder – weitere Pumpen, Wärmetauscher und Komponenten des Systems und/oder – Abgaswärmetauscher und/oder – Motorölwärmetauscher ausgerüstet ist.Heating device according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the system at least with at least one of functional units: - Thermal insulation and or - Noise isolation and / or - vibration isolation and or - Emission control system and / or - Exhaust silencer and or - Heat exchanger for water heating of the building and / or - the essential Parts of the heat pump and / or - the essential Parts of the electronic control of the system and / or - Further Pumps, heat exchangers and components of the system and / or - Exhaust gas heat exchanger and or - Engine oil heat exchanger equipped is. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer, vorzugsweise extern montierter Wärmespeicher vorgesehen ist, der die Wärmeenergie der Wärmepumpe auf einem etwas geringeren Temperaturniveau speichert.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that at least one further, preferably externally mounted heat storage is provided, the heat energy of the heat pump stores at a slightly lower temperature level. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichskreislauf zwischen den zwei Wärmespeichern existiert, der vorzugsweise mittels zweier, in beiden Wärmespeichern für die Warmwasserbereitung genutzten Wärmetauscher, einer Pumpe und einem Rückschlagventil ausgestattet ist und einen Wärmetransport und Temperaturausgleich zwischen den Wärmespeichern realisiert.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a balancing circuit exists between the two heat stores, preferably by means of two, in both heat storage tanks for hot water used heat exchanger, a pump and a check valve is equipped and a heat transfer and temperature compensation realized between the heat storage. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors eine zuschaltbare zweite Wasserpumpe und/oder eine regelbare Wasserpumpe enthält, durch die der Kühlmittelstrom in Abhängigkeit der erfassten Temperatur einstellbar ist.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the cooling circuit the internal combustion engine a switchable second water pump and / or includes a controllable water pump through which the coolant flow is adjustable depending on the detected temperature. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorlauf des Kühlwasserkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine ein Thermostatventil oder ein von der zentralen Steuerung aktiviertes Wegeventil vorgesehen ist, welches der Kühlwasserstrom der Verbrennungskraftmaschine temperaturabhängig aus einem der zwei Wärmespeicher zuführbar macht.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that in the flow of the Cooling water circuit of the internal combustion engine Thermostatic valve or one activated by the central control Directional valve is provided, which is the cooling water flow the internal combustion engine temperature dependent from a the two heat storage can be supplied. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wärmespeicher vorzugsweise als Schichtenspeicher mit beruhigenden und isolierenden Zwischenwänden ausgelegt ist und dass das heißere Wasser im oberen Bereich des Wärmespeichers zuführbar ist, während im unteren Bereich tendenziell kälteres Wasser zur Kühlung des Motors verfügbar bleibt.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that at least one heat storage preferably as a stratified storage with calming and insulating Partitions is designed and that the hotter Water can be fed in the upper area of the heat accumulator is, while at the bottom tends to be colder Water for cooling the engine remains available. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher zur Warmwasserbereitung im oberen Bereich des Wärmespeichers und/oder in unmittelbarer Nähe zum Zulauf des aus dem Verbrennungsmotor kommenden heißen Kühlwassers angeordnet ist.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the heat exchanger for hot water preparation in the upper part of the heat storage and / or in the immediate vicinity of the inlet of the engine upcoming hot cooling water is arranged. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungselektronik vorgesehen ist, die die Lade- und Entladevorgänge temperaturabhängig steuert und insbesondere einen zyklischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that an electronic control system is provided, the charge and discharge processes dependent on temperature controls and in particular a cyclical operation of the internal combustion engine allows. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ ein elektrischer Generator vorgesehen ist, der von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist und zeitweise oder permanent elektrische Energie liefern kann zur Eigenversorgung der Steuerungstechnik und der Pumpen und/oder zur weiteren Nutzung oder Netzeinspeisung.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that alternatively a electric generator is provided by the internal combustion engine is drivable and temporarily or permanently electrical energy can supply for self-supply of the control technology and the pumps and / or for further use or network feed. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmwasserbereitung und/oder das Heizungssystem und/oder ein Wärmespeicher mit elektrischen Heizvorrichtungen ausgerüstet sind, um alternativ einen elektrischen Notheizbetrieb zu ermöglichen oder in bestimmten Betriebszuständen die mechanische Energie des Motors über die elektrische in thermische Energie umwandeln zu können.Heating device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the hot water preparation and / or the heating system and / or a heat storage are equipped with electric heaters to allow alternatively an electric Notheizbetrieb or in certain operating conditions the To convert mechanical energy of the engine via the electrical energy into thermal energy. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ ein Elektromotor oder ein als Motor betreibbarer Generator zum Antrieb der Wärmepumpe vorgesehen oder zuschaltbar bzw. umschaltbar ist, der einen Heizbetrieb mittels der Wärmepumpe ermöglicht, wenn der Verbrennungsmotor ausfällt oder stillgesetzt wird.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that alternatively a Electric motor or an operable as a motor generator for driving the heat pump provided or switchable or switchable is, which allows a heating operation by means of the heat pump, if the combustion engine fails or stops. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise als ein Dieselmotor, ein mit biologisch hergestelltem Kraftstoff betriebener Dieselmotor, ein Gasmotor oder ein Sterlingmotor ausgeführt ist.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the internal combustion engine preferably as a diesel engine, one with organically produced Fuel-powered diesel engine, a gas engine or a Sterling engine is executed. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Komponenten, die weniger temperaturfest sind, sich in einem Bereich geringerer Temperatur außerhalb, vorzugsweise unterhalb des Motorraumes befinden.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that those components, which are less temperature resistant, in a lower temperature range outside, preferably located below the engine compartment. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Komponenten, die weniger temperaturfest sind, durch Positionieren in dem Einsaugluftstrom des laufenden Verbrennungsmotors kühlbar sind.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that those components, which are less temperature resistant by positioning in the intake airflow the current internal combustion engine can be cooled. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Komponenten zur Wärmegewinnung oder -nutzung an die Anlage angeschlossen werden, wie insbesondere Solarkollektoren, Abwärmetauscher.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that further components be connected to the plant for heat production or use, in particular solar collectors, waste heat exchangers. Heizungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in einen Kühlbetrieb zur Klimatisierung umschaltbar ist.Heating device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the plant in a Cooling mode is switched to air conditioning.
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