Die Erfindung betrifft eine Heizanlage mit elektrischer Energieerzeugung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Heizanlagen mit elektrischer Energiegewinnung sind bekannt und wurden bereits in zahlreichen Publikationen und Patentanmeldungen beschrieben.

So ist aus der DE 38 35 469 A1 ein Heizkessel bekannt. Der Heizkessel ist mit einem Brenner, einem Brennraum, einem Wärmeaustauscher und einer Abgasführung ausgestattet. Weiterhin ist im Brennraum des Heizkessels eine außenbeheizte Wärmekraftmaschine angeordnet, die einen Stromgenerator antreibt. Der Heizkessel kann ein Brennwert-Kessel sein. Die außenbeheizte Wärmekraftmaschine kann ein Stirling-Motor mit einem geschlossenen System sein, dessen Heißraum von den Brenngasen und dessen Kaltraum von der dem Brenner zuzuführenden Verbrennungsluft umspült wird.

Weiterhin ist aus der DE 35 02 308 A1 eine dezentrale Stromversorgung durch Wärme-Strom-Kopplung mit Stirling-Motor bekannt. In der Anlage ist vorgesehen, dass ein Verbrennungsofen zur Gewinnung von Heizwärme, mit einem Verbrennungsraum zur Verbrennung des Heizmaterials und einem Wärmetauscher zur Übertragung der Heizwärme auf ein Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Wasser, zur Weiterleitung der Wärme zu dezentralen Heizkörpern angeordnet ist. Zwischen dem Verbrennungsraum und dem Wärmetauscher soll ein Primärwärmetauscher angeordnet sein. Der Primärwärmetauscher umgibt dabei den heißen Kopf eines Stirling-Motors. Der Primärwärmetauscher ist direkt mit dem Verbrennungsraum verbunden. Schließlich ist aus der EP O 445 510 A2 eine Heizungs- und Stromerzeugungsanlage bekannt. Die Heizungs- und Stromerzeugungsanlage mit einem Heizkessel zur Gebäudebeheizung bzw. zur Brauchwassererwärmung, mit einem Brenner für den Heizkessel, einem von demselben Brenner beheizbaren Stir- lingmotor, einem Generator sowie einer Wärmepumpe. Der Stirlingmotor ist ein Freikolben-Stirlingmotor, dessen Kühler mit einem Brauchwasserbehälter bzw. mit einem Luftkanal wärmeübertragend verbunden werden kann. Der Generator ist ein Lineargenerator und direkt mit dem Freikolben-Stirlingmotor gekoppelt. Die Wärmepumpe besitzt einen elektrischen, u. a. auf Netzbetrieb schalt- baren Antriebsmotor. Der Lineargenerator kann über eine Regelung mit dem Antriebsmotor der Wärmepumpe, mit dem öffentlichen Stromnetz sowie mit weiteren Verbrauchern elektrisch verbunden werden.

Besondere Aufmerksamkeit erregen seit einigen Jahren die so genannten Blockheizkraftwerke, deren Besonderheit darin besteht, dass sie sehr teuer sind, und dass sie gerade einmal eine Energieausbeute von maximal 80 bis 93% erzielen. Die gewünschte elektrische Energie wird durch Verbrennungsmotoren; die einen Generator antreiben; erzeugt.

Blockheizkraftwerke basieren auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung; ein Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Die dabei entstehende Wärme wird über einen Wärmetauscher dem Heizsystem zugeführt. Gängige fossile Brennstoffe in Blockheizkraftwerken sind Diesel, Heizöl oder Gas. Aber auch regenerative Energieträger, wie Biogas, Biodiesel, Rapsöl und neuerdings auch Holzpellets können eingesetzt werden.

Brennwertheizanlagen hingegen erreichen einen Wirkungsgrad von nahezu 100% und sind bei gleicher Heizleistung rund 80% günstiger in der Anschaffung als Blockheizkraftwerke. Vergleicht man nun noch den erforderlichen Wartungsaufwand beider Systeme und die damit verbundenen Kosten, so stellt sich die Frage; welche positiven Effekte wirklich mit Blockheizkraftwerken erreichbar sind.

Unter Brennwerttechnik versteht man das Herunterkühlen des Abgases bis zur Kondensatbildung. Die dabei freigesetzte Energie wird dem Heizkreislauf zugeführt. Dies erfolgt bei einem herkömmlichen Kessel nicht, denn dort wird die im Kondensat enthaltene Energie über den Schornstein in die Umwelt abgeführt.

Die Brennwerttechnik lässt sich grundsätzlich bei jedem Brennstoff einsetzen. Derzeit hat sie sich aber nur bei gasbefeuerten Anlagen durchgesetzt, da bei der Verbrennung von Gas mehr Wasser freigesetzt wird als bei Öl oder Kohle. Kohle und Öl haben den Nachteil, dass bei deren Verbrennung der im Brennstoff enthaltene Schwefel die Kesselwandungen und den Schornstein angreift und somit die Lebensdauer des Materials extrem vermindert.

Eine Vielzahl weiterer Ideen zum Thema Kraft-Wärme-Kopplung, sind zum Patent angemeldet oder geistern durch die Medien. Deren Verwirklichungen aber auch keine wesentlich effekttiefere Energieausbeute in Aussicht stellen, sie sind einfach nur anders.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde; die Energieausbeute bekannter Heizungssysteme wesentlich zu steigern, sodass eine Gesamtwirkleistung von über 150% erreicht wird, ohne die Heizleistung der erwähnten Heizsysteme zu beeinträchtigen oder diese gar zu mindern. Ein erhöhter Energieaufwand oder Schadstoffausstoß ist ausgeschlossen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Heizkessel einer beliebigen Heizungsanlage nicht mehr direkt von der Brennkammer erwärmt wird, sondern dass die Wärmeenergie dem Heizkessel über einen oder mehrere Verdrängungszylinder eines Stirlingmotors zugeführt wird.

Durch diese Veränderung bleibt gewährleistet, dass die gesamte; in der Brenn- kammer erzeugte Wärmeenergie; dem Heizkessel verlustfrei zugeführt wird, und dass über den oder die Verdrängungszylinder ein Stirlingmotor angetrieben wird.

Der Heizkessel dient gleichermaßen zur Aufnahme der Wärmeenergie und so- mit auch zur Abkühlung des Arbeitsmediums des Stirlingmotors, in dem der Heizkessel vorzugsweise auf einen Niedertemperaturheizsystem 40° bis 60° C eingestellt ist. Die mit dem Stirlingmotor gewonnene mechanische Energie wird in sinnvoller Weise zum Antrieb eines Stromgenerators verwendet.

Auf Grund der hohen Wirkungsgrade des Stirlingmotors, sowie des Generators, ist in jeder Leistungsstufe der verschiedenen Heizungssysteme, ein proportional zur Heizleistung gesehen entsprechend hoher Anteil an Ökostrom zu gewinnen.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Ansprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Aufführungsbeispieles das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben.

Dabei ist in der einzigen Figur (Fig. 1 ) ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Heizsystem gezeigt, bei dem Bezugszeichen zur Kennzeichnung einzelner Element mit Nummern 1 bis 17 wie folgt verwendet werden: - Brennkammer, in der die Wärmeenergie durch Verbrennung für das

Heizsystem erzeugt wird

- Verdrängungszylinder, der mit seinem Hochtemperaturbereich in die Brennkammer 1 hineinragt und mit seinem Niedertemperaturbereich in einen Heizkessel 4 hineinragt.

- Verdrängungskolben, der durch auf und ab gehende zyklische Bewegungen das Arbeitsmedium vom Hochtemperaturbereich in den Nieder- temperaturbereich des Stirlingmotors verdrängt.

- Heizkessel, der zur Abkühlung des Arbeitsmediums dient.

- Anschluss für den Heizwasserrücklauf.

- Anschluss für den Heizwasservorlauf.

- Verbindungsleitung, durch die das Arbeitsmedium von dem Verdrängungszylinder 2 zum Arbeitszylinder 8 (siehe unten) und zurückströmt.

- Arbeitszylinder des Stirlingmotors

- Arbeitskolben im Arbeitszylinder 8, der durch die Expansion und Kontraktion des Arbeitsmediums den Stirlingmotor antreibt.

- Schwungmasse, die für den Gleichlauf des Stirlingmotors sorgt.

- Arbeitsgelenkhebel, der die Kraft vom Arbeitskolben 9 auf die

Schwungmasse 10 überträgt. 12 - Verdrängungsgelenkhebel, der die Kraft von der Schwungmasse 10 auf die Verdrängungskolbenstange 13 überträgt.

13 - Verdrängungskolbenstange, die ihren Antrieb vom Verdrängungsge- lenkhebel 12 erhält, und mit dem Verdrängungskolben 3 starr verbunden ist, so dass die Verdrängung im Verdrängungszylinder 2 vollzogen wird.

14 - Isoliereinrichtung für das Gesamtsystem mit Stirlingmotor, Brennkammer 1 und Heizkessel 4

15 - Elektrisches Zusatzheizelement am Heizkessel 1

16 - Stromgenerator, der vom Stirlingmotor angetrieben wird und somit elektrischen Strom erzeugt.

17 - Gehäuse für den Stromgenerator 16 und den Arbeitszylinder 8.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die Besonderheit des anzumeldenden Heizsystems besteht darin, dass hier gegenüber allen bisher bekannten Heizsystemen ein Stirlingmotor zwischen einer Brennkammer 1 und einem Heizkessel 4 integriert wird. Der Stirlingmotor wird einerseits durch die Wärmeenergie angetrieben. Andererseits leitet der Stirlingmotor aber auch die Wärmeenergie unvermindert an das Heizsystem (Heizkessel 4) weiter. Der Stirlingmotor hat somit keinerlei Einfluss auf die Heizleistung oder auf die Energieaufnahme des Heizsystems (Heizkessel 4) und wirkt sich auch nicht auf den Schadstoffausstoß der grundsätzlich bestehenden Heizanlage aus. Der Stirlingmotor besteht aus mindestens einem mindestens einfach wirkenden Arbeitszylinder 8 gemäß Fig. 1 , mit Arbeitskolben 9, mindestens einem Verdrängungszylinder 2 mit Verdrängungskolben 3, mindestens einer Verbindungsleitung 7, mindestens einem Arbeitsgelenkhebel 11 , mindestens einem Verdrängungsgelenkhebel 12 und einer Schwungmasse 10.

Der Verdrängungszylinder 2, die Verbindungsleitung 7 und der Arbeitszylinder 8 sind gasdicht mit einander verbunden. Somit steht ein in sich geschlossenes Arbeitsvolumen zur Verfügung, in dem sich das Arbeitsmedium als Gas oder ein Gasgemisch wie Luft befindet.

Hat der Verdrängungskolben 3 das Arbeitsmedium am Verdrängungskolben 3 vorbei in den Hochtemperaturbereich des Verdrängungszylinders 2 verdrängt, expandiert das Arbeitsmedium durch die Wärmeaufnahme aus dem Brennraum 1 , strömt dadurch am Verdrängungskolben 3 vorbei über die Verbindungsleitung 7 in den Arbeitszylinder 8 und schiebt dabei den Arbeitskolben 9 vor.

Durch die Verbindung des Arbeitskolbens 9 mit dem Verdrängungskolben 3 über die Gelenkhebel 11 und 12 an der Schwungmasse 10, verdrängt der Ver- drängungskolben 3 das Arbeitsmedium wieder in den Niedertemperaturbereich des Verdrängungszylinders 2, wo das Arbeitsmedium seine thermische Energie an den Heizkessel 4 abgibt. Dadurch wird das Arbeitsmedium wieder kontrahiert und durch den dadurch entstehenden Unterdruck wird der Arbeitskolben 9 wieder zurückgezogen.

In die Brennkammer 1 einer beliebigen Heizanlage ragt der Hochtemperaturbereich eines oder mehrerer Verdrängungszylinder 2 eines Stirlingmotors hinein, sodass das Arbeitsmedium dort die Wärmeenergie aufnimmt, diese dann durch den Verdrängungskolben 3 dem Heizkessel 4 zugeführt wird. Der Heizkessel 4 entzieht die Wärmeenergie dem Arbeitsmedium und senkt somit die Temperatur des Arbeitsmediums auf einen voreingestellten Niedertemperaturwert ab, der vorzugsweise bei 40° bis 60° C liegt. Anschließend wird das abgekühlte Arbeitsmedium durch den Verdrängungskolben 3 wieder dem Hochtemperaturbereich des Verdrängungszylinders 2 zugeführt, wo es wieder Wärmeenergie aufnimmt, so dass sich der beschriebene Kreislauf bis zu 3000- mal pro Minute wiederholen kann.

Ein zusätzliches elektrisches Heizelement 15 kann gemäß Fig. 1 den Hoch- temperaturbereich des oder der Verdrängungszylinder 2 umschließt. Das Heizelement 15 dient, unter Verwendung des kostenlos gewonnenen Stroms, zur Unterstützung der Wärmeerzeugung und vermindert somit deutlich die Brennstoffzufuhr zur Heizanlage.

Die Stromgewinnung erfolgt mittels eines Stromgenerators 16, der gemeinsam mit dem Arbeitszylinder 8 und dem Schwungrad 10 in einem Gehäuse 17 benachbart zum Heizkessel 4 angeordnet ist. Vom Schwungrad 10 aus wird, beispielsweise mittels eines Riementriebs der Stromgenerator 16 angetrieben.

Das Gesamtsystem aus Stirlingmotor, Brennkammer 1 , Heizkessel 4 und

Stromgenerator 16 ist mittels einer Isolierung 14 nach außen wärmegedämmt. Die genannten Einrichtungen stehen dabei miteinander im Wärmeaustausch. Daher kann die durch den Stirlingmotor und den Stromgenerator 16 entstehende Reibungswärme durch die Isolierung 14 nicht entweichen und wird in dem Gehäuse 17 gespeichert. Durch die Verbindung des Gehäuses 17 zum Heizkessel 4 kann diese Wärmeenergie zusätzlich vom Heizkessel 4 aufgenommen werden. Damit wird dem Heizsystem zusätzlich weitere thermische Energie zugeführt. Die Isolierung 14 der Vorrichtung dient auch als Schallschutz.