CN101821553B - 组合热泵与公共饮水供给设施的装置的安全热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合热泵与饮用水供给设施的装置的安全热交换器，所述热交换器具有包含饮用水的主循环回路(4)，包含不会造成健康威胁的防冻材料的第二级循环回路(6)，以及包含冷却剂的第三级循环回路(7)。该安全热交换器用来防止对公共饮用水供给中的饮用水的危害。该安全热交换器包括主回路(4)，该主回路具有与饮用水供给设施连接的给水管(3)和与电力控制的电磁阀(16)连接的排水管(5)。主回路(4)或冷却剂回路(7)有高于所述安全回路(6)的压强。所述安全回路(6)提供有压力控制装置，其根据压力系统与电磁阀(16)连接，以便一旦所述主回路(4)或冷却剂回路(7)中的压力损失时，通向所述饮用水供给设施的所述饮用水的所述给水管(3)和排水管(5)被关闭。

Description

组合热泵与公共饮水供给设施的装置的安全热交换器

技术领域

本发明涉及用于组合热泵与饮水供给设施的装置的安全热交换器，其具有饮用水的主循环回路、具有不会造成健康威胁的防冻材料的第二级安全循环回路，和具有冷却剂的第三级循环回路。

背景技术

DE 102004061441B4公开了用于饮用水保护区的热交换器。出于安全原因，提出了第三种中间循环回路以便能够操作具有饮用水的主要循环，旨在保护饮用水保护区的饮用水。

DE 2834442A1也公开了饮用水供给设施与用来获取热量的热交换器的组合，为了获得基于热泵系统的内部热量，部分水从被中央供水设施的管网中排出，热量用热交换器从该中央供水设施的管网中散出。作为预防措施，热储存装置在从管网中撤出的部分水量的热泵与热交换器之间被提供。当在中央供水设施管道内预期有一个很低的流速时，该储存装置应该确保夜间热量的产生在有限的时间内是独立的。一旦发生泄漏该中间存储装置无法避免冷却剂进入与饮用水接触。

DE 2930484A1也提出了在饮用水设施中使用热泵。热交换器用配件与饮用水管道连为一体。主水管应被设置为环路以便确保在该主水管中连续的供热。循环泵可以用来循环设置在环路中的主要的供水管道中的饮用水。可以根据饮用水的温度控制循环泵。

DE 2926578A1涉及用于饮用水供给的安全热交换器。应该避免直接加热饮用水和生产用水，因为冷却剂和饮用水仅仅被单层壁隔开，产生了冷却剂冲破该单层壁且进入饮用水的危险。热交换器被配置为至少一个热管来热传递，其中位于液体容器外部的热管的端部被设置在冷却剂流经的冷却剂容器。该冷却剂容器经由热管延伸通过的双层壁与流体容器连接。热管具有相对于饮用水是中性的填料。泄漏通过效率的降低间接地表示。因此当使用热泵来保护饮用水时，将鼓励熟练的技工采用充满饮用水或无害的酒精的双层壁冷却盘管。但是，仅此并不能完全满足保护饮用水的规则要求，因为如果冷却剂的循环回路和中间循环回路发生泄漏时，冷却剂可不注意地转移到饮用水中。

DE 7927266U1公开了用于热泵的冷凝器，其具有被外部管道环绕的内部管道。封闭的环形空间充满了水并且与超压安全阀和开关装置连接。

AT 375770B也公开了具有压力指示器的任意的双层壁的冷却盘管，其中冷却盘管包含作为分离液体的水。从油中损耗的热量将被用来加热不会与油接触的生产用水。压力指示器不适于不能防冻的非增压的主要介质。

在DE 2926578A1中，至少一个热管被用于热传递，其中位于液体容器外部的热管的端部被设置在冷却剂流经的冷却容器中。该冷却容器通过双层壁与液体容器连接。热管延伸穿过双层壁。这样的布置形成了安全的热交换器，其确保冷却剂与饮用水分离并且防止冷却剂进入液体。这种安全的布置被监测，一旦发生泄漏，其间接地显示效率降低。

在密闭的热管循环回路中，有极高的传导率的中间循环回路在冷却剂与饮用水之间被连接。该中间循环回路由热管构成。该热管是空的或是装满水。然而，该热管也可能装满酒精。以这种方式，该热管有相对于饮用水是中性的或无害的填料。

因此，当使用热泵时，鼓励熟练的技工采用中间循环回路来保护饮用水，其中该中间循环回路装满饮用水或无害的酒精。但是，仅此并不能完全满足保护饮用水的要求，因为如果冷却剂循环回路和中间循环回路发生泄漏，冷却剂可能不经注意地转移到饮用水中。

最后，在DE 1020040614441B4中公开的热泵具有不是主要设计来保护饮用水的中间循环回路。相反，主循环回路装满饮用水来保护地下水。该中间循环回路设计了防冻的布置，并且因此装满对饮用水供应被视为是有害的浓盐水或水-乙二醇混合物。因此，DE1020040614441B4专门提出了具有充满饮用水的地热收集器的热交换器系统，其中热交换器通常可防冻。因此该安全热交换器是温控的。当达到允许的冷却温度时通过恒温阀打开的返回管路被提供。此外，该中间循环回路具有大小足以实际可防冻的循环系统。

为此原因，饮用水实际上不能达到完全安全，因为饮用水的循环回路直接与水-乙二醇循环回路接触。如果中间循环回路和主循环回路发生泄漏，水-乙二醇混合物可能进入饮用水中。饮用水供给中的乙二醇被认为是造成健康威胁的物质。因此，该热交换器不适于组合热泵与公共饮水供给设施的装置。

发明内容

本发明是针对用来组合热泵与公共饮用水供给设施的装置的安全热交换器，其有具有饮用水的主循环回路、具有不会造成健康威胁的物质的安全循环回路、和具有冷却剂的第三级循环回路。该安全热交换器应该防止对公共饮用水供给系统中的饮用水的危害。该安全热交换器还应该预防饮用水质量下降达不到饮用水的规定以及保护人类健康免受有害污染的侵害。当从旨在用于人类消耗的饮用水中重获热量时，饮用水仍必须适合于人体消耗并且它的纯净度不得降低。

根据本发明，目的是获得安全热交换器，其特征是主循环回路包括与饮用水供给设施连接的入口，和用电力控制的电磁阀的出口，其中主循环回路或冷却剂循环回路有高于安全循环回路的运行压力，并且该安全循环回路提供有与电磁阀可控地连接的压力监测器，以便一旦主循环回路或冷却剂循环回路出现压力损失时，通向饮用水供给设施的饮用水的入口和出口被关闭。

据本发明的一个实施例，该安全热交换器包括在主循环回路中饮用水的循环泵、中间循环回路中冷却剂的供应泵和冷却剂循环回路中的压缩机，它们与压力监测器可控地连接并且一旦主循环回路中的压力损失或进入了冷却循环回路它们停止工作。该压力监测器还可产生警告信号。

以这种方式，可以有效且安全地阻止冷却剂或防冻混合物对饮用水的危害。如果在主循环回路或冷却剂之间发生泄漏，在中间循环回路中会产生超压，其用压力监测器监测。如果超压或降压不同于控制压力，所有循环回路中的泵被关闭，并且通向饮用水供给设施的饮用水的入口和出口通过电磁阀关闭，其将参考两个示例性实施例在下面被描述。

附图说明

现在参照附图更详细地描述示例性实施例。本发明的有利的实施例在从属权利要求中被说明。以示意的框图形式表示如下：

图1是具有主循环回路的安全热交换器，其有高于安全循环回路的运行压力，以及

图2是具有主循环回路的安全热交换器，其有低于安全循环回路的运行压力。

具体实施方式

图1示出了用来组合热泵与饮用水供给设施的装置的安全热交换器，其在第一个示例性实施例中由自来水厂1表示。在图2所示的第二个示例性实施例中，饮用水供给设施的装置被图示说明为饮用水容器2。本发明不应被认为限制这种类型的设施。饮用水供给设施的装置和设施可能包括，例如提取饮用水的设施部件，抽水站，增压站或饮用水供给网络。

图1中的饮用水供给设施的装置是一个自来水厂1，在其中主要为了设施的消耗和节约能源，饮用水中包含的地热能量由安全热交换器结合热泵一起传输给高于饮用水温度的温度级。

安全热交换器包括通向主循环回路4的入口3和通向自来水厂1的出口5，以使得饮用水包含地热能量并且有大致恒定的温度量级。主循环回路4与包含不会造成健康威胁的防冻材料的第二级安全循环回路6或中间循环回路连接来转移热量，从而当热量被提取时安全循环回路6可防冻。该中间循环回路优选充满包含90％的水和10％的乙醇的混合液。该安全循环回路6也与包含传统冷却剂的第三级冷却剂循环回路7相连。该冷却剂通过压缩机8以传统的方式传输给未图示说明的冷凝器和具有膨胀阀的蒸发器，所有这些通过管道系统连接形成冷却剂循环回路7。

为了监控安全热交换器的运行，在安全循环回路6中提供了具有差值压力监测器9的压力监测器。该压力监测器还包含安全组件的各种部件，尤其是膨胀器11、安全阀12和压力计13。安全组件能保持安全循环回路6中的压力处于大致恒定水平。差值监测器9与用于主循环回路4中饮用水的主循环泵14、用于安全循环回路6中防冻材料的供给泵15、以及冷却剂循环回路7中的压缩机8可控地连接。

此外，伺服控制电磁阀16被设置在主循环回路4中通向循环泵14的入口3和饮用水的出口5处，从而一旦电源故障，入口和出口7也能够被关闭。电磁阀16与差值压力监测器9并行连接，从而当差值压力监测器9被触发时，电磁阀16被关闭并且循环泵14和供给泵15以及压缩机8停止运行。为了增加安全性，主循环回路4可另外装有温度计17。压力开关18与冷却剂循环回路7并行连接作为额外的安全措施。

在根据图1的安全热交换器中，压强条件被限定以便具有饮用水回路的主循环回路4通常在高于安全循环回路6的压强下运行。例如，如果主循环回路4中的压强为至少4bar，那么安全循环回路6的压强被调整为小于或等于2bar。冷却剂循环回路7的压强被设置为大约为20bar的显著高压。例如，如果蒸发器中发生泄漏，那么安全循环回路6中的压强增加。在示例性实施例中，当安全循环回路6中的压强最大值为3bar时，差值压力监测器9被触发。当冷却剂循环回路7的压强最小值为20bar时，压力开关18被触发。与差值压力监测器9和压力开关18连接的控制电路立即关闭安全热交换器并且使得电磁阀16关闭。因为检测到中间循环回路6中的压强增加并且循环泵14被关闭，所以在发生任何小事故的状况下，冷却剂都能被阻止进入饮用水。

一旦热交换器的主循环回路4发生泄漏，由于安全循环回路6中的压强增加设施也被自动关闭。差值压力监测器9同样在最大压强值高于3bar时起作用。错误信号被施加到热泵控制器的安全电路，使得设施自动关闭。可以提供一种产生例如声，光，机械或电子警告信号的信号发生装置。电子警告信号也可选择传送到自来水厂1的远程监测中心。同样地，关于热泵的微小事故的错误信息能经由移动电话短信息服务传递到备用移动电话上。

在根据图2的安全热交换器中，压强条件被限定以便具有饮用水的主循环回路4通常在整个系统的最低压强下运行。当饮用水处于环境压强时该实施例尤其是有利的，例如具有饮用水容器2。本文，冷却剂循环回路7中的压力开关18的开关点是最小压强值20bar。如果蒸发器中发生泄漏，安全循环回路6中的压强预计会增加。安全循环回路6的最大压强值为3bar时差值压力监测器9被触发并且触发关闭循环泵14、供给泵15和压缩机8。同时主循环回路4中电磁阀16被关闭。如果在主循环回路4的热交换器中发生泄漏，由于中间循环回路中压强降低，安全热交换器也自动关闭。差值压力监测器9同样在最小压强值1.5bar时起作用。

此外，为了增强安全性，热交换器的每条回路均可包括流量控制开关19，当流量低于15l/min时其通过开关所有的泵和压缩机8来起作用。该流量控制开关具有例如每分钟15升的开关点。

通过这样的设计，泄漏能够被迅速确定，从而可在很短的时间内采取补救措施。通过在具有提出的压力监测器的安全循环回路6中设置安全热交换器，在没有危害到饮水供给的情况下，如果有微小故障发生时热泵能被关闭。在没有增加它们的复杂性的情况下压力监测器也能被安装到相似的系统中。

Claims (7)

1.用于将热泵组合于饮用水供给设施的装置以便从饮用水产生热量的安全热交换器，其包括用于饮用水的主循环回路(4)、用于不会造成健康威胁的防冻材料的第二级循环回路(6)以及用于冷却剂的第三级循环回路(7)，其特征是所述主循环回路(4)具有与所述饮用水供给设施连接的入口(3)和出口(5)，其中电力控制的电磁阀(16)分别提供在所述入口(3)和所述出口(5)中，并且所述第二级循环回路(6)和第三级循环回路(7)都有各自的差值压力监测器(9，18)，所述差值压力监测器(9，18)与所述电磁阀(16)可控地连接，以便当所述差值压力监测器(9，18)监测到所述第二级循环回路(6)和/或所述第三级循环回路(7)的压力降低或压力升高时，连接至所述饮用水供给设施的所述饮用水的所述入口(3)和所述出口(5)关闭，其中所述第二级循环回路(6)的差值压力监测器(9)具有一个膨胀器(11)、安全阀(12)和压力计(13)。

2.根据权利要求1所述的安全热交换器，其特征是所述主循环回路(4)中的压强大于或小于所述第二级循环回路(6)中的压强。

3.根据权利要求1或2所述的安全热交换器，其特征是所述主循环回路(4)中的所述压强是至少4bar并且所述第二级循环回路(6)被调节为压强小于或等于2bar，其中所述第三级循环回路中的所述压强被调节为20bar的显著高压。

4.根据权利要求1或2中的一个权利要求所述的安全热交换器，其特征是伺服控制的电磁阀(16)被分别设置在所述主循环回路(4)中通向循环泵(14)的所述入口(3)和所述饮用水的所述出口中。

5.根据权利要求1或2中的一个权利要求所述的安全热交换器，其特征是所述第二级循环回路(6)中的第一差值压力监测器(9)和所述第三级循环回路(7)中的第二差值压力监测器(18)被并行可控地连接。

6.根据权利要求1或2中的一个权利要求所述的安全热交换器，其特征是用来关闭所述安全热交换器和并行关闭所述电磁阀(16)的所述第一差值压力监测器(9)和所述第二差值压力监测器(18)经由控制电路与压缩机(8)、循环泵(14)和供给泵(15)可控地连接。

7.根据权利要求1或2中的一个权利要求所述的安全热交换器，其特征是所述第三级循环回路(7)中的第二差值压力监测器(18)的开关点是最小压强值20bar，其中所述第一差值压力监测器(9)具有所述第二级循环回路(6)的最大压强值为3bar和最小压强值为1.5bar的开关点。

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