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DE3109443A1 - Abgekuehlte latentwaermespeicher fuer raumheizung und -abkuehlung mittels direkter oder vom wasser gebundener, undirekter sonnenenergie - Google Patents

Abgekuehlte latentwaermespeicher fuer raumheizung und -abkuehlung mittels direkter oder vom wasser gebundener, undirekter sonnenenergie

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DE3109443A1
DE3109443A1 DE19813109443 DE3109443A DE3109443A1 DE 3109443 A1 DE3109443 A1 DE 3109443A1 DE 19813109443 DE19813109443 DE 19813109443 DE 3109443 A DE3109443 A DE 3109443A DE 3109443 A1 DE3109443 A1 DE 3109443A1
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DE
Germany
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heat
compressors
liquid
storage
heat pump
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19813109443
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English (en)
Inventor
Paavo Veikko Dr.Med. 5465 Erpel Klami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Klami paavo Veikko drmed
Original Assignee
Klami paavo Veikko drmed
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Publication date
Application filed by Klami paavo Veikko drmed filed Critical Klami paavo Veikko drmed
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

P.Klami
Abgekühlte Latentwärmespeicher für Raumheizung und -abkühlung mittels direkter oder vom Wasser gebundener, undirekter
Sonnenenergie.
Die Erfindung betrifft die Speicher der direkten oder vom Wasser gebundenen Sonnenstrahlungswärme denen Wärmeenergie mittels Wärmepumpen entzogen wird und die' entstandenen Defizite später, von Natur oder künstlich ersetzt werden. Der Zweck der Erfindung ist die ganzjährige Raumheizung und -Abkühlung samt der Warmwasserbereitung ökonomisch günstig und fossile Brennstoffe effektiv sparend zu verwirklichen.
Allgemein bekannt ist, dass der Stand der Solartechnik die Schwierigkeiten zu überwinden noch nicht voll entwickelt ist. Die allerfrischesten mir bekannten Quellen von diesem Forschungsgebiete sind: -
Hörster, H. u. Mitarbeiter: Wege zum energiesparendeη Wohnhaus. (Bericht zum Forschungsprojekt "Rationelle Energieverwendung und Nutzung der Sonnenenergie in Gebäuden") Philips GmbH, 1. Auflage, Hamburg 1980.
Matthöfer, H. u. Mitarbeiter: Sonnenenergie II, in der Serie "Forschung Aktuell", Umschau Verlag, 1. Aufgäbe, Frankfurt am Main, 1977.
Rudolph, R. u. Mitarbeiter: Wärmepumpen für Heizung, Kühlung und Energierückgewinnung 1976 - 1990. Untersuchung erstellt im Auftrsge des'Bundesministers für Forschung und Technologie, Bonn, von Battelle-Institut e.V., Verlag TÜV Rheinland GmbH, Köln, 1979.
Die schlimmsten Dilemmas der künstlichen Verwendung der Sonnenenergie sind: :
die, von Wolken abhängige Unbeständigkeit der Globalstrahlung (alle Autoren)
die tageszeitlichen und jahreszeitlichen Abwechslungen des Angebots der Sonnenstrahlungsenergie (alle Autoren)
die zeitliche Verkehrung des Angebots und der Nachfrage der -Sonnenstrahlungsenergie (alle Autoren)
die grossen Verluste bei der konventionellen iangzeitspeicherung und dem Transport der Wärme (Hörster, s. 49 - 55)
die Kurzlebigkeit und hohe Überholungskosten derzeitiger Geräte (Rudolph, 1979, S. 23 - 25)
Des Verfassers Meinung nach dürfte man jedoch nicht ausser Betracht lassen, dass:
erstens, die Bilanz der ein- und ausgestrahlten Sonnenenergie so riesengross ist, dass die kleine Ausleihung für Bedürfnisse der Zivilisation keine ökologische Bedeutung haben kann - zuletzt wird ja diese relativ kleine Energiemenge immer zum Weltraum wieder herausgestrahlt und
zweitens, es steht uns zur Verfügung eine praktisch grenzlose Strahlungsmenge, ein kostenloser, effektiver und auch gigantischer Absorber, das Wasser auf der Erdefläche (teils auch tiefgelegen, sodass wir jene Wärmequellen während der kalten Jahreszeit benutzen können), und noch wird die absorbierte Wärme zu uns durch Bewegungen des Meerwassers, Flüsse, Grundwassers u.s.w. gratis transportiert, und
drittens, nach der Erfindung der Wärmepumpen ist es uns möglich geworden Wärme niedrigeren Temperaturniveaus auf ein höheres Temperaturniveau bringen.
Aus allen obengenannten Aspekten müssten wir folgende klare Konsequenzen ziehen:
Das Hauptgewicht der Solartechnik sollte auf die indirekte Ausnutzung, auf das Entziehen dem Wasser die Wärme, gelegt werden.
Wenn nötig, z.B. beim Mangel an fliessendem Wasser oder
Raum für grosse Wasservorräte, muss ausserdem die direkte Ausnutzung der Sonnenstrahlung ingebrauchgenommen werden können.
. Weil die Wärmequellen eine relativ niedrige Temperatur haben, sollten die Wärmepumpen zum Einsatz sowohl in Ausnutzung der direkten, als der indirekten Sonnenstrahlungswärme kommen und, um den Kostenaufwand zu vermindern, sollten Wärmepumpen langlebiger, billiger und jedoch effektiver entwickelt werden. Eine praktisch verlustlose Kurzzeitwärmespeicherung und Transport ist notwendig um die allerkürzesten DirektStrahlungsperioden und die allerkleinsten Intensitäten ausnützen können, ohne den Dauerbetrieb der Wärmepumpen.
Ebenso muss die gesammelte Wärme längere Zeiten ohne nennenswerte Verluste gespeichert werden können, sodass die jahreszeitliche Verkehrung des Wärmeangebots und der Nachfrage aus-
geglichen werden kann.
Der Erfindung liegen diese Aufgaben zugrunde.
Erfindungsmässig werden die Aufgaben nach folgenden Prinzipien und an Hand der, in Patentansprüchen 1,- 4. ausführlicher beschriebenen Mittel gelöst:
Die Sonnenstrahlung gibt dem Wasser seine flüssige Erscheinungsform, die Natur hat also latentwärme auf das Wasser gespeichert. Jene Wärme steht uns immer zur Verfugung, wenn wir das Wasser in einem Speicher-Behälter A künstlich, mit einer Wärmepumpe gefrieren lassen - und sogar 80 000 Kilocalorien pro m .
Lassen wir eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkte durch Sonnenstrahlung in einem Speicher-Behälter B verdampfen und sammeln wir dann das latentwärmeenthaltende Gas, steht uns wieder latente Sonnenenergie zur Verfügung, wenn das Gas mittels Wärmepumpe verflüssigt wird» Die so frei werdende Wärme kann in den erstgenannten Speicher-Behälter A übertragen werden, um das Eis zu schmelzen und um dadurch dauergespeichert werden. .-,___..
Beide Wärmegewinnungsmethoden müssen auch getrennt i selbstständig gebraucht werden können.
Weil die Speicherung nicht in herkömmlich nachgestrebten hohen Temperaturen, sondern im Me der st temperaturbereich (Verdampfungstemperatur der betreffenden Flüssigkeit) sich abspielt, und weil die Verluste des Wärmepumpensystems als Wärme zurück zu gewinnen sind, werden die Verluste äusserst gering.
Es wird nachgestrebt die Baukosten einzuschränken, die Lebensdauer der Geräte'zu verlängern und die Verluste zu reduzieren " mit einer speziellen Wärmepumpenkonstruktion, die teils schon vorher bekannt sein mag. In der Literatur wurde ein kurzer Hinweis (Rudolph, 1979 S. 25) auf einer Wärmepumpenkaskade gefunden, zwar ohne irgendein Referat und mit Bemerkung: "sind jedoch aufwendig und mit entsprechend hohen Anlagenkosten verbunden". In dieser Erfindung wird für selbstverständlich gehalten, dass es wirtschaftlich günstiger wird, statt eines," nach dem Effektbedarf abwechselnd grossen Verdichters und Motors, mehrere, identische, mit kleinerer Druck- und Literleistung arbeitende Verdichter aus Serienfertigung für Wärmepumpenbau zu wählen.
Unter dem Ausdruck "Wärmepumpenkaskade" ist hier verstanden geworden ein System von sukzessiv gekuppelten Wärmepumpenkreisläufen, von denen jeder sein geeignetes Arbeitsmittel hat, und womit eine stufenweise steigende Temperatur erreicht wird. Der Effekt des Gesamtsystems wird durch die Anzahl der nebeneinander nach Bedarf eingeschalteten Kaskaden reguliert. Mittels eines explosionssicheren Färmerückgewinnungssystems werden die Wärmeverluste von allen Geräten des Wärmepumpensystems zur Vorwärmung der gasförmigen, den Verdichtern hineinströmenden Arbeitsmittel benutzt. Die Wirtschaftlichkeit der Konstruktion wird durch Verminderung des Verschleisses zwischen den Kolben und den Zylindern der Verdichter und noch durch der Verwendung der gemeinsamen Motoren für Verdichter derselben Kaskade und der geraeinsamen Wärmetauscher für Wärmepumpenkreislaufe derselben Ordnung gesteigert.
Mit dem hier konzipierten Systeme können die am Anfang (S. 1-2) gelistete Schwierigkeiten überwunden werden. Darüber hinaus sollten folgende Vorteile beachtet werden:
Auch allerkleinste Energiemengen von Sonnenstrahlung, warmen Luftströmungen, Wasserkondensation und Eisbildung auf der Aussenflache des Speicher-Behälters B werden aufbewahrt(heutige Dachkollektoren werden erst, wenn eine Mindestbestrahlungsstärke von 50 W/m überschritten ist, eingeschaltet (llörster, S. 29).
Die Geräte, sowohl die Verdichter als die Wärmetauscher, arbeiten unter äusserst konstanten Umständen, praktisch unabhängig von der Tages- und Jahreszeit. Damit wird ihre optimale Bemessung, Konstruktion und elektrische Steuerung ihrer Tätigkeit erleichtert.
Wo fliessendes Wasser reichlich oder Raum genug für einen relativ grossen Speicher-Behälter A vorhanden ist, kann auf dem Speicher-Behälter B verzichtet und Baukosten gespart werden. Wenn das Eis während des Sommers nicht durch liausklimatisierung und Vorabkühlung der Proviantvorräte verschmolzen wird, muss, es meistens im Frühling entfernt werden. Weil das Eis meistens der Lebensmittelindustrie, den Fischern, in südlichen Ländern für Süsswasserbereitung ausverkauft werden kann, verursacht der Austausch des Behälterinhalts keine zusätzliche Unkosten^
Die Verwendung eines Eis-Wasser-Behälters,, statt Erdreiches, bringt die -Wasser- und Abwasserleitungen oder die Baugründe in keine Gefahr, weil kein permanente Frost entstehen kann,, Auch das Grundwasser kann, keine beschriebene Schäden nehmen (Rudolph, S0 6 - 10)
Von den vielen Ausführungsraöglichkeiten der Erfindung sind in den Zeichnungen einige Beispiele von den wichtigsten Bauteilen und ihrer Verwendung schematisch dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine, zu den verschiedensten mono- und bivalenten Raumheizungen geeignete Kombination von Wärmegewinnung aus Wasser (A) und aus direkten Sonnenstrahlung und Luft (B). Zugunsten der Deutlichkeit sind die Teile in der verschiedenen Masstäben gezeichnet
Als Wärmequelle A wird, wo Mangel an süssem Wasser herrscht, salziges Meerwasser, anderswo am liebsten reines Wasser benutzt, dem die Wärme im Speicher-Behälter (1) mit einem flachen auf dem Boden gelegenen, Wärmepumpenarbeitsmittel enthaltenden Wärmetauscher (2) entzogen, auf ein höheres Temperaturniveau (circa 333° K) mit dem Wärmepumpensystem (3) gebracht und zum Raumheizungssystem geleitet (4 und 5) wird. · Nachdem die spezifische Wärme des Wassers ausgenutzt ist und die Temperatur des Wassers bei circa 273° K stabiliziert ist, beginnt die Eisbildung auf der Oberfläche des Wärmetauschers (2), die ohne zeitweilige Eisabtrennung allmählich isoliert -würde. Am einfachsten wird sie mit elektrischem Strom verwirklicht, (nicht gezeichnet) die dazu nötige Energie wird ja ins Wasser gespeichert* Weil während der Erhitzung der Wärmepumpenkreislauf gesperrt ist, wird der Druck innerhalb des Wärmetauschers erhöht, dieser bläht sich auf und die obere, dünne Wandung biegt sich, sodass die schmelzende Eisbildung sich los reisst und wegen ihres kleinen spezifischen Gewichtes sich nach oben erhebt.
Soweit die Flüssigkeit des Raumheizungskreislaufes (4 und 5) kein.reines Wasser ist, sondern z.B. aus Wasser mit Frostschutz besteht, ist ein zweiter Wärmetauscher, dienlich eine Metallröhre (6) erforderlich um Wärme aus Wohnräumen direkt, bzw. Wärme aus dem Wärmepumpensystem (3) zum Eis-Wasser bringen
können. (Wenn das Wärmetransportmedium reines Wasser ist,können die Püllungs- und Auslassöffnungen (7 und 8) dazu dienen). Die verschiedenen Kreislaufalternativen werden mittels den elektrisch gesteuerten Allweghähnen (9 und 10) gewählt. Damit wird die Übertragung der anderswo gesammelten Wärme aus der Wärmepumpe (3) zur Raumheizung oder Warmwasserbereitung bzw. zum Schmelzen des Eises im Speicher-Behälter (1) ermöglicht. Wenn der Speicher-Behälter (1) Verwendung zur Gartenbewässerung oder als Schwimmbad im Sommer findet, wird das Eis im Frühling mit den, im Behälter liegengelassenen Heizdrähten (nicht gezeichnet) zerstückelt und'mit den, an die Isolierhülle gehängten und während des Winters festgefrorenen Haftvorrichtungen (nicht gezeichnet) entfernt. Sonst wird das Eis für KliimatizJerung der Wohnräumen oder Vorabkühlung der Lebensmittelvorräte im Behälter liegen lassen.
Die Grosse des Speicher-Behälters A (1) kann stark reduziert werden, wenn auch Wärme aus Sonnenstrahlung, warmem Wind usw. mit dem Speicher-Behälter B (11 und 14) gesammelt und für Eisschmelzen zum Speicher-Behälter (1) geleitet wird. Der Kollektorteil (11) des Speicher-Behälters B wird aus dem, in einer kühlen und dunklen Stelle gelegenen Flüssigkeitsvorrate (12) mittels der Förderpumpe (13) nahezu voll gefüllt. Die Flüssigkeit besteht aus zwei Fraktionen, die eine (z.B. Gebrauchtöl der Dieselmotoren) ist dünnflüssig, schwarzgefärbt, hat einen hohen Siedepunkt und ist gut lös- oder mischbar mit der anderen Fraktion, die eine Wärmepumpearbeitsmittel ist, am liebsten identisch mit dem Arbeitsmittel des Wärmetauschers (2) des Speicher-Behälter (1), sodass dieselbe Wärmepumpe (3) benutzt werden kann. Wenigstens die Vorderfläche des Kollektorteils (11) ist gut strahlungsdurchlässig, sodass in der schwarzen Flüssigkeitsfrakt:! on das Licht absorbiert, und als Wärme der zweiten Fraktion unmittelbar abgegeben wird. Die Letztgenannte wird verdampft und das entstandene, latenwärmeenthaltende Gas wird durch seinen eigenen Druck zum, im warmem Raum gelegenen Speicherteil (14) geleitet» Durch Verdampfung des Arbeitsmittels wird der Kollektorteil (11) bis zur Verdampfungstemperatur (unter 273 K) abgekühlt, und hält diese Temperatur automatisch an, wenn hinreichend Arbeitsmittel aus der Wärmepumpe (3) mittels der Pumpe (15) in den Kollektorteil (11) gefördert wird.
Beim vorausbestimmten Druck im Speicherteil (14) wird das Wärmepumpensystem (3) eingeschaltet und das Gas durch die leitung (16) aus dem Speicherteil zur Wärmepumpe gebracht. Beim Ausfall der optimierten, elektrischen Steuerung oder des Netzstromes treibt der zugenommene Druck im Speicher-Behälter B (11 und 14) den flüssigen Inhalt durch das automatisch geöffnete Sicherheitsventil (17) und an der Pumpe (13) vorbei in Strahlungs- und Wärmeschutz des Vorrats (12).. Damit wird der Kollektorteil (11) vor dem extremen Druck geschont, der durch Überhitzung entstehen könnte.
Wegen des hydrostatischen Druckes wird das Arbeitsmittel unten im Kollektorteil (11) am langsamsten verdampft und der obere Kollektorteil am besten abgekühlt. Es entsteht ein interner Kreislauf in der Flüssigkeit, der mit einer äusseren Umwälzpumpe (nicht gezeichnet) unterstützt werden kann. Das Abfallen der Eisbildung von der Oberfläche des vertikal stehenden Kollektorteils (11) wird mit der elektrischen Erhitzung zustande gebracht (nicht gezeichnet). Die Gasleitung (18) dient zum Ausgleich der Druckverteilung zwischen dem Vorrate (12) und dem Speicherteil (14).
Fig. 2 zeigt einen schematischen Grundriss eines, von mehreren, identischen Verdichtern (19 - 26) und ihren gemeinsamen, gut isolierten Kondensatoren/Verdampfern (27 und 28) aufgebauten Wärmepumpensystems.
Aus den, in verschiedenen Wärmequellen gelegenen Wärmetauschern wird das verdampfte Arbeitsmittel der 1. Ordnung dem gut isolierten Kurzzeitspeicher (29) durch die Leitungen (3Q und 31) gebracht. Falls dieser Speicher ausserhalb des halbhermetischen Gehäuses (32), z.B. bei irgendeiner von den Wärmequellen, in warmem Raum (14, Bild 1) gelegen ist, kann er unisoliert sein. Der Druck im Speicher (29) steuert dem Bedarf gemäss die Ein- und Ausschaltung der drei Wärmepumpenkaskaden, bestehend von den Motoren (33, 34 und 35) und auf ihren Achsen'paarweise gebauten Verdichtern (22 und 19, 23 und 20, 24 und 21.). Im. Wärmetauscher (27) gibt das komprimierte Gas dem -Arbeitsmittel der 2. Ordnung seine Latentwärme, wird selbst verflüssigt und zurück zum Wärmetauscher in der Wärmequelle mit der Förderpumpe (37 oder 36) getrelbt. Mit dem, von der Wärme verdampften Arbeitsmittel der
2. Ordnung werden die Verdichter (22, 23 und 24) gespeist. V/eil der Energieübertragungsbedarf der Verdichter der 2. Ordnung mit der Primärenergie der Verdichter der 1. Ordnung zugenommen ist, werden noch, dem Bedarf gemäss, zusätzliche Verdichter (25 und 26) eingeschaltet. Im Wärmetauscher (28) gibt das Arbeitsmittel der 2. Ordnung seine latentwärme dem Wasserkreislauf (4 und 5) ab.
Sowohl die Wärmeverluste der allen Geräte, als die Wärme von nachträglicher Abkühlung der schon kondensierten Arbeitsmittel in den Färmetauschern (39 und 40) müssen zurückgewonnen und am liebsten in dem Wärmepumpensysteme selbst ingebrauchgenoraraen werden. Zu diesem Zweck hat das halbhermetische Gehäuse (32) einen selbstständigen Wärmepumpekreislauf. Ein inaktives, explosionssicheres, Sauerstoff beseitigendes, flüssiges Arbeitsmittel liegt in dem Bodensumpf des Gehäuses in engem Kontakt mit den Wärmetauschern (39 und 40), wird verdampft und von .7ärmeverlusten der allen Geräte weiter erwärmt. Mittels seines eigenen Verdichters und Wärmetauscher (nicht gezeigt) wird die Wärme zur Heizung der Arbeitsmittel der 1. und 2. Ordnung im Speicher (29) und in der Gasleitung (38) gebracht.
Fig. 3 zeigt schematisch die Funktion eines vereinfachten Kolbenverdichters mit einem schwingenden Zylinder (41) und einer, fest mit der Kolbe zusammengebauten Kolbenstange (42). Davon abhängend, ob der Gastausch durch biegsame Schläuche oder durch die Aufhängung des Zylinders verwirklicht wird, kann die letztgenannte (43) innerhalb oder ausserhalb der Länge des Zylinders liegen. Durch die Veränderung der Lagerentfernung (44) können die Literleistung und der Arbeitsdruck reguliert werden.
iZ
Leerseite

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    Speicher der Sonnenstrahlungswärme, denen Wärmeenergie mittels Wärmepumpen entzogen wird, und die entstehenden Defizite später ersetzt werden, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Behälter Speichermaterialien in zwei Erscheinungsformen^ entweder fester Körper und Flüssigkeit oder Flüssigkeit und Gas enthalten, und
    dass das Freiwerden der Wärme nicht nur aus spezifischer Wärme der Materialien herstammt, sondern, sogar hauptsächlich, im Zusammenhang mit der Umwandlung der Erscheinungsform der Materialien steht, und
    dass die, von der Sonnenstrahlung indirekt herstammende Wärme dem flüssigen Speichermaterial mit einem, Arbeitsmittel der Wärmepumpe (3) enthaltenden, im Speicher-Behälter A (1) gelegenen, Färmetauscher (2) entzogen wird, sodass die Flüssigkeit zum festen Körper sich verwandelt, und
    dass die, von der Sonnenstrahlung direkt herstammende 7/ärme dem Arbeitsmittel der Wärmepi-impe (3) den gasförmigen Zustand in einem grossflächigen Kollektorteil (11) des Behälters B (11 und 14) gibt, und das Gas davon zu dem, innerhalb des beheizten Raumes gelegenen Speicherteil (11) des Behälters treibt, sodass das Gas da eine beliebiglange Zeit gespeichert bleiben kann, um, nach der wärmeabgebenden Verflüssigung wieder in den Kollektorteil gespritzt zu werden, und
    dass der letztgenannte Kollektorteil (11) des Behälters B mit zwei, am liebsten zwischeneinander gut löslichen Flüssigkeitsfraktionen gefüllt ist: das genannte Arbeitsmittel der Wärmepumpe und eine dünnflüssige, dunkelgefärbte, hohe Verdampfungstemperatur besitzende Flüssigkeit, von denen die letztgenannte gut Strahlungswärme und "Wärme von "Umgebung absorbiert und der erstgenannten abgibt, und
    dass die kombinierte Ausnutzung der beiden !Umwandlungsvorgänge, von Gas zu Flüssigkeit und von Flüssigkeit zu festem Körper, die Langzeitapeicherung der direkten Strahlungswärme ermöglicht und dadurch die zeitliche Verkehrung des Angebots und der Nachfrage der Wärme ausgleichen kann, und
    dass die Arbeitsmittel der Wärmepumpen so gewählt werden, dass die Speichermaterialien, während der Tätigkeit, durch die Entziehung der.Wärme künstlich zu einer, meistens niedrigeren Temperatur, als die Umgebimg hat, abgekühlt werden, und
    dass die Form, die Konstruktion und das Baumaterial der Speicher-Behälter A und JB sie beständig gegen Druck, Kälte, chemische und andere schädliche Wirkungen machen.
  2. 2. Speicher-Behälter A nach Anspruch 1, von festem Material mit auswendigen, umgebenden Verstärkungen gebaut, dadurch gekennzeichnet,
    dass seine Wände einen kleinen Neigungswinkel gegen das Lot weisen und deshalb die horizontale Querfläche nach oben zunimmt (1), und
    dass seine Wände gegen Erde bis zur Bodenfrostgrenze eine
    ordentliche Wärmeisolierung haben (nicht gezeichnet), und
    dass seine gut nach oben isolierte Deckung abnehmbar ist und die Entfernung des entstandenen Eises mittels der im Eis festgefrorenen Befestigungsvorrichtungen ermöglicht, nachdem das Eis mit elektrisch heizbaren Kabelschlingen in kleinere Stücke geteilt worden ist (nicht gezeichnet)} und
    dass der Speicher-Behälter einen, Arbeitsmittel der Wärmepumpe enthaltenden, elektrisch heizbaren Wärmetauscher hat, und dass der Speicher-Behälter zusätzlich einen anderen Wärmetauscher, dienlich z.B. eine Metallröhre (6) und weiter zwei Öffnungen für Zu- und Rücklauf des Wassers (7 und 8) hat, die das künstliche Eisschmelzen ermöglichen.
  3. 3. Kollektorteil (11) des Speicher-Behälters B nach Anspruch 1, dadiich gekennzeichnet.,
    dass die vordere Abdeckung des Kollektorteils aus unzerbrechlichem, elektrisch heizbarem, gut lichtdurchlässigem Material . aufgebaut ist, und
    dass- der Kollektorteil (11) ein, beim Stromausfall oder bei Störungen im elektrisch gesteuerten Optimierungssysteme der Tätigkeiten automatisch öffnende Sicherheitsventil (17) hat, das die schnelle Entleerung zum Vorrate (12) ermöglicht, und
    dass der Kollektorteil (11)-mittels einer Pumpe (13) von dem Vorrat aus wieder mit derselben oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt werden kann.
  4. 4. Färmepumpe nach Anspruch 1, Gestehend aus zwei oder mehreren, nebeneinander geschalteten Kaskaden, die wieder von zwei oder mehreren Wärmepumpenkreisläufen zusammengesetzt aufgebaut sind, daduch gekennzei chnet, dass alle Verdichter (19 - 26) unter sich gleich sind, und
    dass der Effekt des Gesamtsystems durch die Anzahl der eingeschalteten Kaskaden reguliert wird, und
    dass die Anzahl der Verdichter, um Engpässe in Energieübertragung zu vermeiden, nach ihren Ordnungszahl in den Kaskaden zunimmt (25 und 26), und
    dass die nebeneinanderstehenden Verdichter von derselben ' Ordnungszahl auch gemeinsame Wärmetauscher (27 und i?8) haben können, und
    dass die primären Verdampfer ausserhalb des Wärmepumpesystems, in einer oder mehreren Wärmequellen liegen, und dass dort in Gasform verwandelte Arbeitsmittel entweder in einen gemeinsamen, gut isolierten, innerhalb des Wärmepumpengehäuses liegenden Vorrat (29), oder noch .lieber, in einen, ausserhalb des Gehäuses, in wärmerer Umgebx^ng liegenden Vorrat (14) gesammelt wird, und
    dass alle Verdichter, Motoren und Wärmetauscher (39 und 4p) für Abkühlung der verschiedenen Arbeitsmittel nach ihrer Kondensation in einem halbhermetischen Gehäuse (32) geschlossen sind, wo sie abgekühlt werden, ihre Verlustwärme mittels eines inaktives, explosivsicheres, Sauerstoff beseitigendes, kaltes Gas rückgewonnen wird, und mit einem eigenen, zweckmässigen Verdichter und Wärmetauscher (nicht gezeichnet) zum Vorwärmen der gasförmigen Arbeitsmittel vor allen Verdichter in Gebrauch genommen wird, und
    dass die Verdichter derselben Kaskaden auf der Achse der gemeinsamen Kraftquelle aufgebaut werden können, und
    dass, soweit die Verdichter Kolbenmaschinen sind, die Zylinder so innerhalb (43) oder ausserhalb ihrer Länge aufgehängt sind, dass ihre Achsen immer parallel mit der entsprechenden Kolbenstange liegen und die Letztgenannten mit den Kolben ohne Kolbenbolzen fest zusammengebaut sind, und
    dass die Veränderung des Abstandes zwischen der Aufhängung der Zylinder und der Kurbelwelle (44) die Feinregulierung des Arbeitsdruckes und der Literleistung des Verdichters ermöglicht.
DE19813109443 1981-03-12 1981-03-12 Abgekuehlte latentwaermespeicher fuer raumheizung und -abkuehlung mittels direkter oder vom wasser gebundener, undirekter sonnenenergie Withdrawn DE3109443A1 (de)

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