Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Bereitstellung thermischer Energie an eine Wärmesenke.

Derartige Einrichtungen sind allgemein bekannt und weisen eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine auf, die nach Art eines Blockheizkraftwerkes miteinander in Wirkungsverbindung stehen, indem die Brennkraftmaschine als Motor und die Elektromaschine als Generator wirkt. Entsprechende Blockheizkraftwerke erzeugen über die Elektromaschine Strom, während Wärme aus dem Abgas der Brennkraftmaschine verwendet wird, um Wasser eines Heizungssystems zu erwärmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber den bekannten Einrichtungen verbesserte Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Bereitstellung thermischer Energie an eine Wärmesenke anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht vor, dass die Einrichtung aus dem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus umschaltbar ist, in dem die Elektromaschine als Motor und Antrieb für die Brennkraftmaschine und die Brennkraftmaschine als Verdichter wirkt, derart, dass in einem Arbeitsraum der Brennkraftmaschine ein Kältemittel durch Verdichtung erwärmt wird. Erfindungsgemäß steht der Arbeitsraum der Brennkraftmaschine in Strömungsverbindung mit wenigstens einem ersten Wärmetauscher zur Abgabe thermischer Energie des Kältemittels an eine Wärmesenke. In Strömungsrichtung des Kältemittels sind dem ersten Wärmetauscher ein Expansionsventil und wenigstens ein zweiter Wärmetauscher zur Erwärmung des Kältemittels nachgeordnet, wobei ein Auslass des zweiten Wärmetauschers mit dem Arbeitsraum der Brennkraftmaschine in Strömungsverbindung steht zur Einleitung des in dem zweiten Wärmetauscher erwärmten Kältemittels in den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Aggregate eines Blockheizkraftwerks, nämlich eine Elektromaschine und eine Brennkraftmaschine, bei Umkehrung ihres Funktionsprinzips als Bestandteile einer Wärmepumpe genutzt werden können. Während bei einem Blockheizkraftwerk die Elektromaschine als Generator zur Stromerzeugung verwendet wird, dient die Elektromaschine bei einer Wärmepumpe dazu, einen Verdichter anzutreiben. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die weitere Erkenntnis zugrunde, dass die bei einem Blockheizkraftwerk verwendete Brennkraftmaschine unter Umkehrung ihres Funktionsprinzips auch als Verdichter verwendet werden kann, der bei einer Wärmepumpe zur Verdichtung und Erwärmung eines Kältemittels verwendet wird.

Der Erfindung der Gedanke zugrunde, in einem zweiten Betriebsmodus die Brennkraftmaschine als Verdichter zu betreiben und dieser in Strö- mungsrichtung des Kältemittels aufeinanderfolgend einen ersten Wärmetauscher, ein Expansionsventil und einen zweiten Wärmetauscher nachzuordnen. Die Brennkraftmaschine wird also verwendet, um das Kältemittel zu verdichten, wobei das Kältemittel stark komprimiert wird und sich erwärmt. Das komprimierte Kältemittel wird durch den ersten Wärmetauscher geleitet und gibt einen Teil der Wärme als Nutzwärme ab, beispielsweise an ein Heizungssystem.

Das abgekühlte Kältemittel wird durch das Expansionsventil (Entspannungsventil) geleitet, wodurch sich Druck und Temperatur des Kältemittels verringern. Das abgekühlte Kältemittel ist dann in der Lage, über den zweiten Wärmetauscher Umgebungswärme aufzunehmen, wie dies von dem Funktionsprinzip einer Wärmepumpe bekannt ist.

Das mittels der Umgebungswärme erwärmte Kältemittel wird dann der Brennkraftmaschine wieder zugeführt.

Die Erfindung stellt damit eine Einrichtung bereit, die in ihrem ersten Betriebsmodus als Blockheizkraftwerk verwendet werden kann, während sie in ihrem zweiten Betriebsmodus als Wärmepumpe verwendet werden kann.

In dem ersten Betriebsmodus (Blockheizkraftwerk-Modus) wird die Brennkraftmaschine als Motor betrieben, dessen Abwärme zur Bereitstellung von thermischer Energie an eine Wärmesenke, beispielsweise ein Heizungssystem, verwendet werden kann, während die als Generator betriebene Elektromaschine Strom erzeugt.

Demgegenüber wird die Elektromaschine in dem zweiten Betriebsmodus (Wärmepumpen-Modus) als Motor verwendet, um die als Verdichter verwendete Brennkraftmaschine anzutreiben.

Die Erfindung stellt damit eine Hybridlösung zwischen einem Blockheizkraftwerk und einer Wärmepumpe zur Verfügung, die entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten und Anforderungen betrieben werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte, blockschaltbildartige Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die einzelnen Merkmale eines Ausführungsbeispiels das Ausführungsbeispiel ein jeweils für sich genommen, also unabhängig von den weiteren Merkmalen, weiterbilden, sodass für den Fachmann ersichtlich ist, dass alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger technisch sinnvoller Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung bilden, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ein und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer konkreten Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung. Zum Gegenstand und Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören auch Unterkombinationen der Patentansprüche, bei denen wenigstens ein Merkmal eines Patentanspruchs weggelassen oder durch ein anderes Merkmal ersetzt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 blockschaltbildartig ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung in einem ersten Betriebsmodus und

Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in einem zweiten Betriebsmodus.

In Fig. 1 verdeutlicht blockschaltbildartig die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung 2 zur Bereitstellung thermischer Energie an eine Wärmesenke in einem ersten Betriebsmodus (Blockheizkraftwerk-Modus). Die Einrichtung 2 weist eine Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) 4 auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine 4 steht in Wirkungsverbindung mit einer Elektromaschine 6. Bei Betrieb der Einrichtung 2 wird die Brennkraftmaschine 4 als Motor betrieben und mit Brennstoff gespeist. Die Brennkraftmaschine 4 treibt als Motor die als Gene- rator betriebene Elektromaschine 6 an, die Strom erzeugt. Bei Betrieb von der Brennkraftmaschine 4 abgegebene Wärme wird einem Abgas- Wärmetauscher 8 zugeführt und von diesem an eine Wärmesenke, beispielsweise ein Heizungssystem, abgegeben.

Fig. 2 verdeutlicht blockschaltbildartig die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung 2 in einem zweiten Betriebsmodus.

Erfindungsgemäß ist die Einrichtung 2 aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus (Wärmepumpen-Modus) umschaltbar, in dem die Elektromaschine 6 als Motor und Antrieb für die Brennkraftmaschine 4 verwendet wird und die Brennkraftmaschine als Verdichter wirkt, derart, dass in einem Arbeitsraum der Brennkraftmaschine 4 ein Kältemittel, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Luft gebildet ist, durch Verdichtung erwärmt wird,

Der Arbeitsraum der Brennkraftmaschine 4 steht in Strömungsverbindung mit wenigstens einem ersten Wärmetauscher 10 zur Abgabe thermischer Energie des Kältemittels an eine Wärmesenke, beispielsweise ein Heizungssystem.

In Strömungsrichtung des Kältemittels, die in Fig. 2 durch einen Pfeil 12 symbolisiert ist, sind dem ersten Wärmetauscher 10 ein Expansionsventil 14 und ein zweiter Wärmetauscher 16 nachgeordnet zur Erwärmung des Kältemittels mittels der Umgebungswärme, wobei ein Auslass des zweiten Wärmetauschers 16 mit dem Arbeitsraum der Brennkraftmaschine in Strömungsverbindung steht zur Einleitung des in dem zweiten Wärmetauscher 16 erwärmten Kältemittels in den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine 4.

In dem Wärmepumpen-Modus wird die Brennkraftmaschine 4, angetrieben durch die Elektromaschine 6, verwendet, um das Kältemittel zu verdichten. Bei der Verdichtung wird das Kältemittel stark komprimiert und erwärmt sich bei diesem Vorgang. Das komprimierte Kältemittel wird durch den ersten Wärmetauscher 10 geleitet und gibt einen Teil der Wärme als Nutzwärme ab, beispielsweise an ein Heizungssystem. Das abgekühlte Kältemittel wird durch das Entspannungsventil 14 geleitet, wobei sich Druck und Temperatur verringern. Das abgekühlte Kältemittel ist in der Lage, in dem zweiten Wärmetauscher 16 Umgebungswärme aufzunehmen. Das mittels der Umgebungswärme erwärmte Kältemittel wird dann in den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine 4 eingeleitet.

Für die Druck- und Temperaturverhältnisse des Kältemittels in der Einrichtung gilt Folgendes:

P ₂ >Pi

T4< Umgebungswärme

TI<T ₂

T ₃ <T ₂

Erfindung stellt damit eine Einrichtung bereit, die sowohl als Blockheizkraftwerk als auch als Wärmepumpe betrieben werden kann, sodass durch geschickte Verwendung der Aggregate eines Blockheizkraftwerks eine Hybridlösung zwischen einem Blockheizkraftwerk und einer Wärmepumpe bereitgestellt ist.