DE102016001373A1 - Method and device for transmitting heat energy to a heat consumer of a heating system - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie an einen Wärmeverbraucher einer Heizungsanlage zeichnen sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Wärmeübertragung in einem Kältemittelkreislauf (100) erfolgt.A method and a device for transmitting heat energy to a heat consumer of a heating system are inventively characterized in that the heat transfer takes place in a refrigerant circuit (100).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie an einen Wärmeverbraucher einer Heizungsanlage aus einer eine über einem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende Temperatur aufweisenden Heizenergiequelle sowie auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.The invention relates to a method for transferring heat energy to a heat consumer of a heating system from a heat energy source having a temperature above an operating temperature range of the heat consumer and to a device suitable for carrying out this method.

Derartige Verfahren finden beispielsweise in Heizungsanlagen Anwendung, bei denen die Heizenergiequelle ein Brenner für gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoff ist, durch den in einem Heizkessel Heizwasser aufgeheizt und in einem äußeren Kreislauf primärseitig durch einen Wärmetauscher hindurchgeführt wird. In diesem Wärmetauscher wird Wärme auf einen sekundärseitig angeschlossenen Heizkreislauf oder Warmwasserkreislauf übertragen. Dabei hängt die Energieeffizienz eines derartigen Verfahrens von verschiedenen Faktoren ab, zu denen insbesondere die Betriebstemperaturen der beteiligten Kreisläufe gehören.Such methods are used, for example, in heating systems in which the heating energy source is a burner for gaseous, liquid or solid fuel, is heated by the heating water in a boiler and passed through the primary side through a heat exchanger in an external circuit. Heat is transferred to a secondary heating circuit or hot water circuit in this heat exchanger. The energy efficiency of such a process depends on various factors, including in particular the operating temperatures of the circuits involved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Energieeffizienz aufweist, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned above, which has a high energy efficiency, and to provide a device suitable for carrying out the method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß die Wärmeübertragung in einem Kältemittelkreislauf erfolgt, in dem eine flüssige Phase eines Kältemittels mit einer unter dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegenden niedrigen Temperatur durch Wärmeaufnahme aus der Heizenergiequelle in eine dampfförmige Phase überführt wird, die dampfförmige Phase unter Temperaturerhöhung auf eine über dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende hohe Temperatur verdichtet wird, die verdichtete dampfförmige Phase durch Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher in die flüssige Phase überführt wird und die flüssige Phase unter Temperaturerniedrigung auf die niedrige Temperatur entspannt wird.According to the invention this object is achieved with respect to the method in that the heat transfer takes place in a refrigerant circuit in which a liquid phase of a refrigerant is transferred with a lying below the operating temperature range of the heat consumer low temperature by absorbing heat from the heating energy source in a vapor phase, the vapor phase is compressed under temperature increase to a lying above the operating temperature range of the heat consumer high temperature, the compressed vapor phase is transferred by heat to the heat consumer in the liquid phase and the liquid phase is depressurized while lowering the temperature to the low temperature.

Der Kältemittelkreislauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erstreckt sich also über vier Abschnitte. In den ersten Abschnitt strömt eine flüssige Phase des Kältemittels mit einer unter dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegenden niedrigen Temperatur beispielsweise in einen Strömungskanal ein, der beispielsweise in einer von der Heizenergiequelle beheizten Brennkammer ausgebildet ist, und wird dort durch Wärmeaufnahme aus der Heizenergiequelle in eine dampfförmige Phase überführt. Diese strömt in den anschließenden zweiten Abschnitt ein und wird dort mittels eines Verdichters im wesentlichen adiabatisch unter Temperaturerhöhung auf eine über dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende hohe Temperatur verdichtet. Diese verdichtete dampfförmige Phase strömt in den anschließenden dritten Abschnitt, der beispielsweise im Primärkreis eines Wärmetauschers liegt, und wird dort durch Wärmeabgabe an den beispielsweise im Sekundärkreis des Wärmetauschers liegenden Wärmeverbraucher in die flüssige Phase überführt. Letztere strömt in den anschließenden vierten Abschnitt, wird dort beispielsweise mittels eines Drosselventils im wesentlich adiabatisch unter Temperaturerniedrigung auf die niedrige Temperatur entspannt und strömt in den daran anschließenden ersten Abschnitt des Kältemittelkreislaufs zurück, von wo aus das Kältemittel den gesamten Zyklus erneut durchläuft.The refrigerant circuit of the method according to the invention thus extends over four sections. In the first section, a liquid phase of the refrigerant flows at a temperature lower than the operating temperature range of the heat consumer low temperature, for example, in a flow channel formed, for example, in a heated by the heating energy source combustion chamber, where it is absorbed by heat from the heating energy source in a vapor phase transferred. This flows into the subsequent second section and is compacted there by means of a compressor substantially adiabatically with an increase in temperature to a lying above the operating temperature range of the heat consumer high temperature. This compressed vapor phase flows into the subsequent third section, which is located, for example, in the primary circuit of a heat exchanger, where it is transferred to the liquid phase by dissipation of heat to the heat consumer lying, for example, in the secondary circuit of the heat exchanger. The latter flows into the subsequent fourth section where it is substantially adiabatically depressurized to the low temperature, for example by means of a throttle valve, and flows back into the adjoining first section of the refrigerant circuit, from where the refrigerant passes through the entire cycle again.

Bei diesem Verfahrensablauf ist der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Heizenergiequelle und der niedrigen Temperatur der von ihr beheizten flüssigen Phase des Kältemittels größer als der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur der Heizenergiequelle und dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers. Infolge dieses größeren Temperaturunterschiedes erfolgt die Wärmeübertragung mit höherer Effizienz als bei einem direkten Wärmeaustausch zwischen der Heizenergiequelle und einem mit dem Wärmeverbraucher thermisch gekoppelten Wärmeträgermedium. Ebenso erfolgt die Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher infolge der durch die Verdichtung erreichten hohen Temperatur mit einer verhältnismäßig hohen Temperaturdifferenz, wodurch die Effizienz der Wärmeabgabe gesteigert wird. Insbesondere ist bei Zentralheizungssystemen als Verbraucher, je nachdem, ob es sich um ein System mit Heizkörpern oder eine Fußbodenheizung, eine Deckenheizung oder eine Wandheizung handelt, die maximale Vorlauftemperatur auf beispielsweise 60°C, 50°C, 40°C oder 35°C eingestellt, so daß hierdurch der Betriebstemperaturbereich entsprechend nach oben begrenzt ist.In this process, the temperature difference between the temperature of the heating energy source and the low temperature of the liquid phase of the refrigerant heated by it is greater than the temperature difference between the temperature of the heating energy source and the operating temperature range of the heat consumer. As a result of this larger temperature difference, the heat transfer takes place with higher efficiency than in a direct heat exchange between the heating energy source and a thermally coupled to the heat consumer heat transfer medium. Likewise, the heat dissipation to the heat consumer due to the high temperature achieved by the compression takes place with a relatively high temperature difference, whereby the efficiency of the heat output is increased. In particular, in central heating systems as consumers, depending on whether it is a system with radiators or underfloor heating, ceiling heating or wall heating, the maximum flow temperature, for example, 60 ° C, 50 ° C, 40 ° C or 35 ° C. , so that thereby the operating temperature range is limited upwards accordingly.

Insbesondere liegt die Temperatur der für die Wärmeaufnahme zugeführten flüssigen Phase des Kältemittels unterhalb 0°C, insbesondere unterhalb –10°C oder –20°C oder –30°C oder –40°C. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die niedrige Temperatur der für die Wärmeaufnahme zugeführten flüssigen Phase unterhalb 0°C, insbesondere im Bereich von –10°C bis –25°C, liegt. Dabei kann die Verfahrensführung weiterhin derart erfolgen, daß die Temperatur der durch die Wärmeaufnahme erzeugten dampfförmigen Phase im Bereich von 45°C bis 80°C liegt. Ferner liegt die durch die Verdichtung hervorgerufene hohe Temperatur der verdichteten dampfförmigen Phase oberhalb 100°C. Insbesondere beträgt sie 110°C oder mehr, vorzugsweise 120°C oder mehr.In particular, the temperature of the liquid phase of the refrigerant supplied for absorbing heat is below 0 ° C., in particular below -10 ° C. or -20 ° C. or -30 ° C. or -40 ° C. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the low temperature of the liquid phase supplied for heat absorption is below 0 ° C., in particular in the range from -10 ° C. to -25 ° C. The process control can continue to be such that the temperature of the vapor phase generated by the heat absorption in the range of 45 ° C to 80 ° C. Further, caused by the compression high temperature of the compressed vapor phase is above 100 ° C. In particular, it is 110 ° C or more, preferably 120 ° C or more.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Temperatur der Heizenergiequelle über 1000°C, insbesondere bei 1400°C, liegt. In diesen Temperaturbereichen liegen beispielsweise die Betriebstemperaturen von Brennern für gasförmige, flüssige oder feste Brennstoffe.In an advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the temperature of the heating energy source is above 1000 ° C, in particular at 1400 ° C. In these temperature ranges are, for example, the operating temperatures of burners for gaseous, liquid or solid fuels.

Für die Durchführung des Verfahrens geeignete Kältemittel sind insbesondere Propan oder Butan oder geeignete Mischgase, wie beispielsweise R134a, R407c oder dergleichen.Suitable refrigerants for carrying out the process are in particular propane or butane or suitable mixed gases, such as R134a, R407c or the like.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Überführung des Kältemittels in die dampfförmige Phase in einem Abschnitt des Kältemittelkreislaufs erfolgt, der im Bereich einer die Heizenergiequelle umgebenden Kammerwandung angeordnet ist. Insbesondere umgibt die Kammerwandung die Flamme eines die Heizenergiequelle bildenden Brenners für festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, wodurch die von dem Brenner freigesetzte thermische Energie wirkungsvoll an das in dem Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel übertragen wird.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the transfer of the refrigerant into the vapor phase takes place in a section of the refrigerant circuit which is arranged in the region of a chamber wall surrounding the heat energy source. In particular, the chamber wall surrounds the flame of a solid, liquid or gaseous fuel burner forming the heating energy source, whereby the thermal energy released from the burner is effectively transferred to the refrigerant circulating in the refrigerant circuit.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Überführung der verdichteten dampfförmigen Phase in die flüssige Phase in einem Abschnitt des Kältemittelkreislaufs erfolgt, der einen Wärmetauscher mit einem in dem Kältemittelkreislauf liegenden ersten Kreislaufabschnitt und einen damit in Wärmekontakt stehenden, von einem Wärmeträgermedium durchströmten zweiten Kreislaufabschnitt aufweist. Hierbei strömt die auf der hohen Temperatur liegende dampfförmige Phase durch den ersten Kreislaufabschnitt und gibt Wärmeenergie an den von dem Wärmeträgermedium durchströmten zweiten Kreislaufabschnitt ab, wobei die Temperatur des Wärmeträgermediums im Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegt. Beispielsweise ist das Wärmeträgermedium Wasser und entspricht dann in seiner Funktion dem Heizwasser üblicher Heizkessel.A further expedient embodiment of the method according to the invention is characterized in that the transfer of the compressed vapor phase into the liquid phase takes place in a section of the refrigerant circuit comprising a heat exchanger with a first circuit section located in the refrigerant circuit and in thermal contact with it Having heat transfer medium flowed through the second cycle section. In this case, the vaporous phase lying at the high temperature flows through the first cycle section and releases heat energy to the second cycle section through which the heat transfer medium flows, the temperature of the heat transfer medium being within the operating temperature range of the heat consumer. For example, the heat transfer medium is water and then corresponds in function to the heating water of conventional boiler.

In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie an einen Wärmeverbraucher einer Heizungsanlage aus einer eine über einem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende Temperatur aufweisenden Heizenergiequelle gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen Kältemittelkreislauf mit einem ersten Abschnitt, in dem eine eine unter dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende niedrige Temperatur aufweisende flüssige Phase eines Kältemittels durch Wärmeaufnahme aus der Heizenergiequelle in eine dampfförmige Phase überführbar ist, einem auf den ersten Abschnitt folgenden zweiten Abschnitt, in dem die dampfförmige Phase unter Temperaturerhöhung auf eine über dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende hohe Temperatur verdichtbar ist, einem auf den zweiten Abschnitt folgenden dritten Abschnitt, in dem die verdichtete dampfförmige Phase durch Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher in die flüssige Phase überführbar ist, und einem auf den dritten Abschnitt folgenden und zum ersten Abschnitt führenden vierten Abschnitt, in dem die flüssige Phase unter Temperaturerniedrigung auf die niedrige Temperatur entspannbar ist.In terms of the device, the object underlying the invention is achieved by a device for transmitting heat energy to a heat consumer of a heating system from a lying over an operating temperature range of the heat consumer temperature having heating energy source, which is characterized by a refrigerant circuit having a first portion in which a Under the operating temperature range of the heat consumer low temperature lying liquid phase of a refrigerant can be converted by heat absorption from the heating energy source in a vapor phase, a second section following the first section, in which the vapor phase with temperature increase to a lying above the operating temperature range of the heat consumer high Temperature is compressible, following the second section following third section in which the compressed vapor phase by Wärmea Transfer to the heat consumer in the liquid phase can be transferred, and on the third section following and leading to the first section fourth section, in which the liquid phase is depressurable while lowering the temperature to the low temperature.

Insbesondere kann diese Gestaltung mit Hilfe einer Vorrichtung verwirklicht werden, die Gegenstand der am selben Tag wie die vorliegende Patentanmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung mit der Bezeichnung ”Vorrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie an ein Wärmeträgermedium einer Heizungsanlage” derselben Anmelderin ist. Diese letztgenannte Patentanmeldung wird mit ihrem Gesamtinhalt in die vorliegende Anmeldung einbezogen.In particular, this design can be realized by means of a device which is the subject of the same day as the present patent application filed German patent application entitled "Device for the transfer of heat energy to a heat transfer medium of a heating system" the same applicant. This latter patent application is incorporated with its entire contents in the present application.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft erläutert. Hierin zeigen:In the following description, the invention will be described by way of example with reference to the drawings. Herein show:

1 ein prinzipielles Schema des Ablaufs eines Verfahrens zur Übertragung von Wärmeenergie von einer Heizenergiequelle an einen Wärmeverbraucher einer Heizungsanlage, und 1 a schematic diagram of the process of a method for transferring heat energy from a heating energy source to a heat consumer of a heating system, and

2 ein Ausführungsbeispiel eines zur Durchführung des Verfahrens verwendbaren Vorrichtungsteils. 2 an embodiment of a usable for carrying out the method device part.

Gemäß 1 zirkuliert ein Kältemittel, beispielsweise Propan oder Butan, in einem Kältemittelkreislauf 100, der vier hintereinandergeschaltete Abschnitte aufweist. In einem ersten Abschnitt 101 fließt ein Wärmestrom Q .0 von einer nicht dargestellten Heizenergiequelle, beispielsweise einem Heizungsbrenner, zu einem in dem ersten Abschnitt 101 vorgesehenen Verdampfer 102, an dessen Eintrittsseite 103 eine flüssige Phase des Kältemittels einströmt und in dem Verdampfer 102 durch Wärmeaufnahme aus dem Wärmestrom Q .0 in eine dampfförmige Phase überführt wird, die auch überhitzt sein kann. Diese dampfförmige Phase strömt von der Austrittsseite 104 des Verdampfers 102 in den auf den ersten Abschnitt 101 folgenden zweiten Abschnitt 105, in dem ein Verdichter 106 vorgesehen ist, durch den die dampfförmige Phase im wesentlichen adiabatisch unter Temperaturerhöhung verdichtet wird. Die verdichtete dampfförmige Phase strömt von der Ausgangsseite 107 des Verdichters 106 in den dritten Abschnitt 108, in dem ein Kondensator 109 vorgesehen ist. Von dem Kondensator 109 fließt ein Wärmestrom Q . zu einem nicht dargestellten Wärmeverbraucher einer Heizungsanlage. Durch die Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher wird die in den Kondensator 109 eintretende verdichtete dampfförmige Phase des Kältemittels in dessen flüssige Phase überführt. Diese flüssige Phase strömt von der Austrittsseite 110 des Kondensators 109 in den vierten Abschnitt 111, in dem ein Expansionsventil 112 vorgesehen ist, mit dem die flüssige Phase im wesentlichen adiabatisch unter Temperaturerniedrigung entspannt und zur Eintrittsseite 103 des Verdampfers 102 zurückgeführt wird.According to 1 circulates a refrigerant, such as propane or butane, in a refrigerant circuit 100 which has four successive sections. In a first section 101 a heat flow Q flows. 0 from a heating energy source, not shown, for example, a heating burner, to one in the first section 101 provided evaporator 102 , at the entrance side 103 a liquid phase of the refrigerant flows in and in the evaporator 102 by absorbing heat from the heat flow Q. 0 is converted into a vapor phase, which may also be overheated. This vaporous phase flows from the exit side 104 of the evaporator 102 in the on the first section 101 following second section 105 in which a compressor 106 is provided, through which the vaporous phase is compressed substantially adiabatically with increase in temperature. The compressed vapor phase flows from the outlet side 107 of the compressor 106 in the third section 108 in which a capacitor 109 is provided. From the condenser 109 a heat flow Q flows. to a heat consumer, not shown a heating system. The heat transfer to the heat consumer is in the condenser 109 entering condensed vapor phase of the refrigerant in its liquid phase. This liquid phase flows from the exit side 110 of the capacitor 109 in the fourth section 111 in which an expansion valve 112 is provided, with which the liquid phase is substantially adiabatically depressurized while lowering the temperature and the inlet side 103 of the evaporator 102 is returned.

Insbesondere ist die Temperatur der Heizenergiequelle sehr viel höher als die niedrige Temperatur der in den Verdampfer 102 eintretenden flüssigen Phase des Kältemittels. Deshalb besteht ein großes, den Wärmestrom Q .0 antreibendes Temperaturgefälle. Andererseits ist auch die hohe Temperatur der in den Kondensator 109 eintretenden verdichteten dampfförmigen Phase des Kältemittels insbesondere erheblich höher als die Temperatur des mit dem Kondensator 109 in Wärmeaustausch stehenden Wärmeverbrauchers, so daß auch der Wärmestrom Q ., der die Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher bewirkt, von einem verhältnismäßig hohen Temperaturgefälle angetrieben wird.In particular, the temperature of the heating energy source is much higher than the low temperature of the evaporator 102 entering liquid phase of the refrigerant. Therefore, there is a large, the heat flow Q. 0 driving temperature gradient. On the other hand, the high temperature in the condenser 109 entering compacted vapor phase of the refrigerant in particular considerably higher than the temperature of the condenser 109 heat exchanger in heat exchange, so that the heat flow Q., Which causes the heat to the heat consumer, is driven by a relatively high temperature gradient.

Wenn die Heizenergiequelle ein Heizungsbrenner für gasförmigen, flüssigen oder festen Brennstoff ist, liegt ihre Temperatur über 1000°C und insbesondere im Bereich von 1400°C. Das Verfahren kann derart ausgeführt werden, daß die niedrige Temperatur der dem Verdampfer 102 zugeführten flüssigen Phase des Kältemittels unterhalb von 0°C liegt, insbesondere im Bereich von –10°C bis –25°C. Ferner kann die Temperatur der aus dem Verdampfer 102 ausströmenden dampfförmigen Phase im Bereich von 45°C bis 80°C liegen.When the heating energy source is a gaseous, liquid or solid fuel heating burner, its temperature is above 1000 ° C and especially in the range of 1400 ° C. The process may be carried out such that the low temperature of the evaporator 102 supplied liquid phase of the refrigerant is below 0 ° C, in particular in the range of -10 ° C to -25 ° C. Further, the temperature of the evaporator 102 outgoing vapor phase in the range of 45 ° C to 80 ° C.

Ein Beispiel für eine vorrichtungsmäßige Gestaltung des den Verdampfer 102 aufweisenden ersten Abschnitts des Kältemittelkreislaufs 100 ist in 2 dargestellt. Dieses Vorrichtungsteil weist einen eine Längsachse 1 aufweisenden Hohlkörper 2 auf, der in 2 in einem durch die Längsachse 1 gelegten Längsschnitt dargestellt ist. Im Inneren dieses Hohlkörpers 2 ist eine Brennkammer 3 quer zu der Längsachse 1 durch einen ersten Wandabschnitt 4 des Hohlkörpers 2 begrenzt, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erste Wandabschnitt 4 die Grundform eines Zylindermantels aufweist, dessen Zylinderachse mit der Längsachse 1 des Hohlkörpers 2 zusammenfällt.An example of a device design of the evaporator 102 having the first portion of the refrigerant circuit 100 is in 2 shown. This device part has a longitudinal axis 1 having hollow body 2 on that in 2 in one through the longitudinal axis 1 Plotted longitudinal section is shown. Inside this hollow body 2 is a combustion chamber 3 transverse to the longitudinal axis 1 through a first wall section 4 of the hollow body 2 limited, wherein in the illustrated embodiment, the first wall portion 4 has the basic shape of a cylinder jacket whose cylinder axis with the longitudinal axis 1 of the hollow body 2 coincides.

Von einem in 2 unten liegenden ersten axialen Endbereich 5 des ersten Wandabschnitts 4 aus erstreckt sich ein zweiter Wandabschnitt 6 des Hohlkörpers 2 quer zu dessen Längsachse 1 und bildet dadurch einen deckelförmigen unteren Abschluß des Hohlkörpers 2. Auf ähnliche Weise erstreckt sich von einem in der Zeichnungsfigur oben liegenden, dem ersten axialen Endbereich 5 entgegengesetzten zweiten axialen Endbereich 7 aus ein dritter Wandabschnitt 8 quer zur Längsachse 1 des Hohlkörpers 2, der einen den Hohlkörper 2 oben abschließenden Deckel bildet. Der erste, zweite und dritte Wandabschnitt 4, 5 bzw. 6 sind miteinander einstückig ausgebildet.From one in 2 underlying first axial end portion 5 of the first wall section 4 from extends a second wall section 6 of the hollow body 2 transverse to its longitudinal axis 1 and thereby forms a lid-shaped lower end of the hollow body 2 , Similarly, extending from a top in the drawing figure, the first axial end portion 5 opposite second axial end region 7 from a third wall section 8th transverse to the longitudinal axis 1 of the hollow body 2 , the one the hollow body 2 forms the top closing lid. The first, second and third wall sections 4 . 5 respectively. 6 are integrally formed with each other.

An dem ersten Wandabschnitt 4 ist radial innen eine Rohrschlange einstückig mit dem ersten Wandabschnitt 4 ausgebildet, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel diese Rohrschlange 9 in der Form einer Schraubenwendel ausgebildet ist, deren Schraubenachse mit der Längsachse 1 des Hohlkörpers 2 zusammenfällt. Das dem zweiten Wandabschnitt 6 benachbarte Ende 10 der Rohrschlange 9 weist einen damit einstückig ausgebildeten Fortsetzungsabschnitt 11 auf, der sich in axialer Richtung durch den zweiten Wandabschnitt 6 hindurch erstreckt und die Eintrittsseite 103 des Verdampfers 102 in 1 bildet. Auf ähnliche Weise ist das dem dritten Wandabschnitt 8 benachbarte axiale Ende 12 der Rohrschlange 9 mit einem damit einstückig ausgebildeten Fortsetzungsabschnitt 13 versehen, der sich in axialer Richtung durch den dritten Wandabschnitt 8 hindurch erstreckt und die Austrittsseite des Verdampfers 104 bildet.At the first wall section 4 is radially inside a coil integral with the first wall section 4 formed, in the illustrated embodiment, this coil 9 is formed in the form of a helical coil whose screw axis with the longitudinal axis 1 of the hollow body 2 coincides. That the second wall section 6 adjacent end 10 the pipe coil 9 has an integrally formed continuation section 11 on, extending in the axial direction through the second wall section 6 extends through and the entrance side 103 of the evaporator 102 in 1 forms. Similarly, this is the third wall section 8th adjacent axial end 12 the pipe coil 9 with an integrally formed continuation section 13 provided in the axial direction through the third wall section 8th extends through and the exit side of the evaporator 104 forms.

In dem ersten Wandabschnitt 4 ist in einem kleinen radialen Abstand zur Rohrschlange 9 ein erster Abschnitt 14 eines Strömungswegs für das in der Brennkammer 3 entstehende Abgas ausgebildet, der sich bei der in 2 dargestellten Ausführungsform über die gesamte axiale Länge des ersten Wandabschnitts 4 erstreckt und in seinem zur Längsachse 1 orthogonalen Radialschnitt ringförmig ist. Dieser erste Abschnitt 14 geht an seinem in 2 unteren ersten axialen Endbereich 15 fließend in einen zweiten Abschnitt 16 über, der sich zwischen der Innenseite 6' des zweiten Wandabschnitts 6 und dem axialen Ende 3' der Brennkammer 3 erstreckt und zu der Brennkammer 3 hin offen ist.In the first wall section 4 is at a small radial distance to the coil 9 a first section 14 a flow path for that in the combustion chamber 3 emerging exhaust gas formed at the in 2 illustrated embodiment over the entire axial length of the first wall portion 4 extends and in his to the longitudinal axis 1 orthogonal radial section is annular. This first section 14 goes to his in 2 lower first axial end portion 15 flowing into a second section 16 over, which is between the inside 6 ' of the second wall section 6 and the axial end 3 ' the combustion chamber 3 extends and to the combustion chamber 3 is open.

Auf ähnliche Weise geht der erste Abschnitt 14 des Strömungswegs für das Abgas in seinem in 2 oberen axialen Endbereich 17 fließend in einen dritten Abschnitt 18 über, der in dem dritten Wandabschnitt 8 ausgebildet ist. Der dritte Abschnitt 18 ist zum oberen axialen Ende 3'' der Brennkammer 3 hin geschlossen und ist an einem an dem dritten Wandabschnitt 8 ausgebildeten äußeren Anschluß 19 nach außen geführt.Similarly, the first section goes 14 the flow path for the exhaust gas in his in 2 upper axial end region 17 flowing into a third section 18 over in the third wall section 8th is trained. The third section 18 is to the upper axial end 3 '' the combustion chamber 3 closed and is at one on the third wall section 8th trained external connection 19 led to the outside.

In dem dritten Wandabschnitt 8 ist eine zur Längsachse 1 koaxiale Anschlußöffnung 20 für einen Brenner 21 ausgebildet. Der dem dritten Wandabschnitt 8 entgegengesetzte zweite Wandabschnitt 6 weist eine in der dargestellten Ausführungsform zentrale Abzugsöffnung 22 für Abgaskondensat auf, die in einen äußeren Anschluß 23 mündet. Von der Innenseite 6' des zweiten Wandabschnitts 6 aus erhebt sich eine zur Brennkammer 3 hin gewölbte kuppelförmige Gitterstruktur 27, die die Abzugsöffnung 22 radialsymmetrisch übergreift. Durch diese Gitterstruktur kann die Flamme des Brenners 21 nicht hindurchgreifen. Außerdem kühlt die Gitterstruktur die Flamme durch Wärmeableitung und verhindert dadurch die Bildung von Stickoxiden bei der Verbrennung.In the third wall section 8th is one to the longitudinal axis 1 coaxial connection opening 20 for a burner 21 educated. The third wall section 8th opposite second wall section 6 has a central exhaust opening in the illustrated embodiment 22 for exhaust gas condensate, which in an external connection 23 empties. From the inside 6 ' of the second wall section 6 From one rises to the combustion chamber 3 arched domed lattice structure 27 that the exhaust opening 22 radially symmetric overlaps. Through this grid structure, the flame of the burner 21 do not reach through. In addition, the lattice structure cools the flame by heat dissipation and thereby prevents the formation of nitrogen oxides during combustion.

Durch diese Anordnung erstreckt sich also die Flamme des Brenners 21 in der Brennkammer 3 längs der Längsachse 1. Das in der Brennkammer entstehende Abgas gelangt von dem unteren axialen Ende 3' der Brennkammer 3 in den zweiten Abschnitt 16 des Strömungswegs für den Abzug des Abgases und strömt weiter durch den ersten Abschnitt 14 in den dritten Abschnitt 18, von wo aus es an dem äußeren Anschluß 19 abgeführt wird. Der erste Abschnitt 14 des Strömungswegs für das Abgas weist eine in seinen Querschnitt hineinragende wärmeleitende Struktur auf. Diese besteht in der dargestellten Ausführungsform aus Rippen 24, die der in 2 nach oben gerichteten Strömungsrichtung des Abgases folgend nach oben geneigt sind.By this arrangement, so the flame of the burner extends 21 in the combustion chamber 3 along the longitudinal axis 1 , The exhaust gas produced in the combustion chamber passes from the lower axial end 3 ' the combustion chamber 3 in the second section 16 the flow path for the exhaust of the exhaust gas and continues to flow through the first section 14 in the third section 18 from where it is at the outer terminal 19 is dissipated. The first paragraph 14 the flow path for the exhaust gas has a heat-conducting structure projecting in its cross section. This consists of ribs in the illustrated embodiment 24 that the in 2 following upward flow direction of the exhaust gas are inclined upward.

Radial außerhalb des ersten Abschnitts 14 des Strömungswegs für das Abgas ist in dem ersten Wandabschnitt 4 ein weiterer Strömungsweg 25 für ein weiteres Wärmeträgermedium einstückig mit dem Hohlkörper 2 ausgebildet. Dieser weitere Strömungsweg ist beispielsweise in der Form eines Mäanders aus axial verlaufenden Kanälen 26 angelegt, deren benachbarte axiale Enden, mit Ausnahme des Anfangs und des Endes des Mäanders, jeweils paarweise durch quer zur Längsachse verlaufende Abschnitte, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, miteinander verbunden sind. Er stellt einen Abschnitt eines außerhalb des Hohlkörpers 2 geschlossenen Kreislaufs dar, in dem das darin zirkulierende Wärmeträgermedium dem Abgas innerhalb des Hohlkörpers 2 Wärme entzieht und außerhalb des Hohlkörpers 2 an den Wärmeverbraucher, beispielsweise an den Rücklauf einer Warmwasserleitung, abgibt.Radially outside the first section 14 the flow path for the exhaust gas is in the first wall portion 4 another flow path 25 for another heat transfer medium in one piece with the hollow body 2 educated. This further flow path is, for example, in the form of a meander of axially extending channels 26 are applied, the adjacent axial ends, with the exception of the beginning and the end of the meander, in pairs by transverse to the longitudinal axis extending portions, which are not shown in the drawing, connected to each other. He represents a section of one outside the hollow body 2 closed circuit is in which the circulating heat transfer medium in the exhaust gas within the hollow body 2 Heat escapes and outside the hollow body 2 to the heat consumer, for example, to the return of a hot water pipe issues.

Für den außerhalb des in 2 dargestellten Vorrichtungsteils verlaufenden zweiten Abschnitt 105, dritten Abschnitt 108 und vierten Abschnitt 111 des Kältemittelkreislaufs können dem Fachmann allgemein bekannte Mittel eingesetzt werden. Insbesondere kann der Kondensator 109 des dritten Abschnitts 108 als wärmeabgebender Strömungsweg eines Wärmetauschers ausgebildet sein, dessen wärmeaufnehmender Strömungsweg von einem Wärmeträgermedium durchströmt ist, welches den Wärmetransport zum Wärmeverbraucher der Heizungsanlage bewirkt. Insbesondere kann es sich bei diesem Wärmeträgermedium um Wasser handeln.For the outside of the 2 shown device part extending second section 105 , third section 108 and fourth section 111 of the refrigerant circuit can be used to those skilled in the commonly known means. In particular, the capacitor 109 of the third section 108 be formed as a heat-emitting flow path of a heat exchanger, the heat-absorbing flow path is traversed by a heat transfer medium, which causes the heat transfer to the heat consumer of the heating system. In particular, this heat transfer medium may be water.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Längsachselongitudinal axis
22
Hohlkörperhollow body
33
Brennkammercombustion chamber
3', 3''3 ', 3' '
axiales Endeaxial end
44
erster Wandabschnittfirst wall section
55
erster axialer Endbereichfirst axial end region
66
zweiter Wandabschnittsecond wall section
6'6 '
axiales Endeaxial end
77
zweiter axialer Endbereichsecond axial end region
88th
dritter Wandabschnittthird wall section
99
Rohrschlangecoil
1010
Ende der RohrschlangeEnd of the coil
1111
Fortsetzungsabschnittcontinued section
1212
Ende der RohrschlangeEnd of the coil
1313
Fortsetzungsabschnittcontinued section
1414
erster Abschnitt eines Strömungswegs für das Abgasfirst section of a flow path for the exhaust gas
1515
unterer axialer Endbereichlower axial end region
1616
zweiter Abschnittsecond part
1717
oberer axialer Endbereichupper axial end region
1818
dritter Abschnittthird section
1919
äußerer Anschlußexternal connection
2020
Anschlußöffnungconnecting opening
2121
Brennerburner
2222
Abzugsöffnungvent
2323
äußerer Anschlußexternal connection
2424
Rippenribs
2525
weiterer Strömungsweganother flow path
2626
axialer Kanalaxial channel
2727
Gitterstrukturlattice structure
100100
KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
101101
erster Abschnittfirst section
102102
VerdampferEvaporator
103103
Eintrittsseiteentry page
104104
Austrittsseiteexit side
105105
zweiter Abschnittsecond part
106106
Verdichtercompressor
107107
Ausgangsseiteoutput side
108108
dritter Abschnittthird section
109109
Kondensatorcapacitor
110110
Austrittsseiteexit side
111111
vierter Abschnittfourth section
112112
Expansionsventilexpansion valve

Claims (14)

Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie an einen Wärmeverbraucher einer Heizungsanlage aus einer eine über einem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende Temperatur aufweisenden Heizenergiequelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragung in einem Kältemittelkreislauf erfolgt, in dem eine flüssige Phase eines Kältemittels mit einer unter dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegenden niedrigen Temperatur durch Wärmeaufnahme aus der Heizenergiequelle in eine dampfförmige Phase überführt wird, die dampfförmige Phase unter Temperaturerhöhung auf eine über dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende hohe Temperatur verdichtet wird, die verdichtete dampfförmige Phase durch Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher in die flüssige Phase überführt wird und die flüssige Phase unter Temperaturerniedrigung auf die niedrige Temperatur entspannt wird.A method for transferring heat energy to a heat consumer of a heating system from a heat energy source having a temperature over an operating temperature range of the heat consumer, characterized in that the heat transfer takes place in a refrigerant circuit in which a liquid phase of a refrigerant having a low below the operating temperature range of the heat consumer Temperature is converted by heat absorption from the heating energy source in a vapor phase, the vapor phase is compressed under temperature increase to a lying above the operating temperature range of the heat consumer high temperature, the compressed vapor phase is transferred by heat to the heat consumer in the liquid phase and the liquid phase is depressurized while lowering the temperature to the low temperature. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrige Temperatur der für die Wärmeaufnahme zugeführten flüssigen Phase unterhalb 0°C, insbesondere im Bereich von –10°C bis –25°C, liegt.Process according to Claim 1, characterized in that the low temperature of the liquid phase fed in for the absorption of heat is below 0 ° C, in particular in the range from -10 ° C to -25 ° C. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der durch die Wärmeaufnahme erzeugten dampfförmigen Phase im Bereich von 45°C bis 80°C liegt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature of the vapor phase generated by the heat absorption in the range of 45 ° C to 80 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe Temperatur der verdichteten dampfförmigen Phase oberhalb 100°C liegt, insbesondere 110°C oder mehr, vorzugsweise 120°C oder mehr beträgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the high temperature of the compressed vapor phase is above 100 ° C, in particular 110 ° C or more, preferably 120 ° C or more. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Heizenergiequelle über 1000°C, insbesondere bei 1400°C, liegt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature of the heating energy source is above 1000 ° C, in particular at 1400 ° C, lies. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel Propan oder Butan oder ein geeignetes Mischgas, insbesondere R134a, R407c, ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the refrigerant is propane or butane or a suitable mixed gas, in particular R134a, R407c, is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung des Kältemittels in die dampfförmige Phase in einem Abschnitt des Kältemittelkreislaufs erfolgt, der im Bereich einer die Heizenergiequelle umgebenden Kammerwandung angeordnet ist.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the transfer of the refrigerant into the vaporous phase takes place in a section of the refrigerant circuit which is arranged in the region of a chamber wall surrounding the heat energy source. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung der verdichteten dampfförmigen Phase in die flüssige Phase in einem Abschnitt des Kältemittelkreislaufs erfolgt, der einen Wärmetauscher mit einem in dem Kältemittelkreislauf liegenden ersten Kreislaufabschnitt und einen damit in Wärmekontakt stehenden, von einem Wärmeträgermedium durchströmten zweiten Kreislaufabschnitt aufweist.Method according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the transfer of the compressed vapor phase into the liquid phase takes place in a section of the refrigerant circuit comprising a heat exchanger with a first circulation section located in the refrigerant circuit and in thermal contact therewith Having heat transfer medium flowed through the second cycle section. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium Wasser ist.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the heat transfer medium is water. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizenergiequelle ein Brenner für festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoff ist.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the heating energy source is a burner for solid, liquid or gaseous fuel. Vorrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie an einen Wärmeverbraucher einer Heizungsanlage aus einer eine über einem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende Temperatur aufweisenden Heizenergiequelle, gekennzeichnet durch einen Kältemittelkreislauf (100) mit einem ersten Abschnitt (101), in dem eine eine unter dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende niedrige Temperatur aufweisende flüssige Phase eines Kältemittels durch Wärmeaufnahme aus der Heizenergiequelle in eine dampfförmige Phase überführbar ist, einem auf den ersten Abschnitt (101) folgenden zweiten Abschnitt (105), in dem die dampfförmige Phase unter Temperaturerhöhung auf eine über dem Betriebstemperaturbereich des Wärmeverbrauchers liegende hohe Temperatur verdichtbar ist, einem auf den zweiten Abschnitt (105) folgenden dritten Abschnitt (108), in dem die verdichtete dampfförmige Phase durch Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher in die flüssige Phase überführbar ist, und einem auf den dritten Abschnitt (108) folgenden und zum ersten Abschnitt (101) führenden vierten Abschnitt (111), in dem die flüssige Phase unter Temperaturerniedrigung auf die niedrige Temperatur entspannbar ist.Device for transmitting heat energy to a heat consumer of a heating system from a heat energy source having a temperature lying above an operating temperature range of the heat consumer, characterized by a refrigerant circuit ( 100 ) with a first section ( 101 in which a liquid phase of a refrigerant having a low temperature below the operating temperature range of the heat consumer can be converted into a vapor phase by absorbing heat from the heat energy source, to the first section (FIG. 101 ) following second section ( 105 ), in which the vaporous phase is compressible with an increase in temperature to a high temperature lying above the operating temperature range of the heat consumer, one to the second section ( 105 ) following third section ( 108 ), in which the compressed vapor phase can be converted into the liquid phase by heat release to the heat consumer, and to the third section ( 108 ) and the first section ( 101 ) leading fourth section ( 111 ), in which the liquid phase is depressurable while lowering the temperature to the low temperature. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (101) im Bereich einer Wandung (4) einer die Heizenergiequelle beherbergenden Kammer (3) ausgebildet ist.Device according to claim 11, characterized in that the first section ( 101 ) in the region of a wall ( 4 ) a chamber containing the heat energy source ( 3 ) is trained. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizenergiequelle ein Brenner, insbesondere für Öl, Gas oder Festbrennstoff, ist.Apparatus according to claim 12, characterized in that the heating energy source is a burner, in particular for oil, gas or solid fuel. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abschnitt (108) als wärmeabgebender Strömungsweg eines Wärmetauschers ausgebildet ist, dessen wärmeaufnehmender Strömungsweg von einem dem Wärmetransport zum Wärmeverbraucher dienenden Wärmeträgermedium durchströmt ist.Device according to one of Claims 11 to 13, characterized in that the third section ( 108 ) is formed as a heat-emitting flow path of a heat exchanger, the heat-absorbing flow path is flowed through by a heat transfer medium to the heat consumer serving heat transfer medium.
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