DE202006020700U1 - Apparatus for heat recovery - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Wärmegewinnung, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Boiler (2) aufweist, der eine temperaturgeschichtete Flüssigkeit (3) enthält, wobei der Boiler (2) eine unten liegende Kaltseite (8) und eine oben liegende Warmseite (7) aufweist, und mit einer Sekundärseite (11) mindestens eines Wärmetauschers (10) einen ausschließlich durch Konvektion angetriebenen Kreislauf bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Primärseite (12) des Wärmetauschers (10) von einem unter Wärmeabgabe kondensierenden Wärmetransport-Medium (14) durchströmt ist, welches Wärme aus einer Wärmequelle (21) mit geringerer Temperatur als die Warmseite (7) des Boilers (2) entnimmt und dabei verdampft, wobei der Wärmequelle (21) mindestens ein Kompressor (23) nachgeordnet ist, der das Wärmetransport-Medium (14) auf eine Temperatur bringt, die über der der Warmseite (7) des Boilers (2) liegt, wobei die Durchflussrate des Kompressors (23) von einer Regelvorrichtung (29) beeinflußt ist, welche von der Temperatur des Wärmetransport-Mediums (14) zwischen dem Ausgang des Kompressors (23) und der Ausgangsleitung (15) des Wärmetauschers (10) und/oder der...Apparatus for obtaining heat, the apparatus (1) having at least one boiler (2) containing a temperature-layered liquid (3), the boiler (2) having a cold side (8) at the bottom and a hot side (7) at the top, and with a secondary side (11) of at least one heat exchanger (10) forms a driven exclusively by convection circuit, characterized in that a primary side (12) of the heat exchanger (10) is flowed through by a heat transfer condensing heat transfer medium (14) Heat from a heat source (21) at a lower temperature than the hot side (7) of the boiler (2) takes and evaporates, wherein the heat source (21) at least one compressor (23) is arranged downstream of the heat transfer medium (14) a temperature which is higher than that of the hot side (7) of the boiler (2), wherein the flow rate of the compressor (23) is influenced by a control device (29), wel che of the temperature of the heat transfer medium (14) between the output of the compressor (23) and the output line (15) of the heat exchanger (10) and / or the ...

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for heat recovery according to the preamble of claim 1.

Aus der Praxis ist eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung aus industrieller Abwärme bekannt, die einen Boiler und einen diesem zugeordneten Wärmetauscher umfasst. Die Sekundärseite des Wärmetauschers ist dabei einerseits mit einer Kaltseite und andererseits mit einer Warmseite des Boilers verbunden, so dass ein geschlossener Kreislauf zwischen dem Boiler und dem Wärmetauscher gebildet ist. Die Primärseite des Wärmetauschers wird dabei von einem Wärmetransport-Medium durchströmt, welches von industrieller Abwärme gespeist wird. Bei Anlagen, in denen industrielle Abwärme in großem Umfang zur Verfügung steht, reicht diese Abwärme problemlos aus, um nicht nur das Wasser des Boilers zu erwärmen, sondern zugleich eine Konvektionsströmung zwischen dem Boiler und dem Wärmetauscher aufrechtzuerhalten. Damit ist keine Umwälzpumpe in diesem Kreislauf erforderlich, die bei zu starker Fluss die gewünschte Temperaturschichtung innerhalb des Boilers zerstören würde. Diese bekannte Vorrichtung hat sich in der Praxis gut bewährt und bildet den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung.Out In practice, a device for heat recovery from industrial waste heat known, a boiler and a heat exchanger associated therewith includes. The secondary side of the heat exchanger is on the one hand with a cold side and on the other hand with a Warm side of the boiler connected, leaving a closed circuit between the boiler and the heat exchanger is formed. The primary side of the heat exchanger is doing of a heat transfer medium flows through which of industrial waste heat is fed. In plants where industrial waste heat on a large scale to disposal stands, this waste heat reaches easily not only to warm the water of the boiler, but also one convection between the boiler and the heat exchanger maintain. This is not a circulating pump in this cycle If the flow is too strong, the desired temperature stratification is required destroy the boiler would. This known device has been well proven in practice and forms the starting point of the present invention.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmegewinnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch eine hohe Effizienz und breite Nutzbarkeit von zur Verfügung stehenden Wärmequellen auszeichnet.Of the Invention is based on the object, a device for heat recovery of the type mentioned above, characterized by high efficiency and wide usability of available heat sources distinguished.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dient zur Wärmegewinnung. Sie weist mindestens einen Boiler auf, der eine temperaturgeschichtete Flüssigkeit enthält. In der Regel ist der Boiler mit Wasser gefüllt, wobei auch jedes andere wärmetragende Medium geeignet ist. Die Flüssigkeit im Boiler ist temperaturgeschichtet, so dass sich im Boiler stets mindestens eine Schicht mit kalter Flüssigkeit und darüberliegend mindestens eine Schicht mit warmer Flüssigkeit befindet. In der Regel ist an der Kaltseite des Boilers noch ein Zufluss für die Flüssigkeit, insbesondere Kaltwasser vorgesehen, während an der Warmseite ein Abfluß für erwärmte Flüssigkeit, insbesondere Warmwasser vorgesehen ist. Die erwärmte Flüssigkeit wird insbesondere zu Heizzwecken genutzt, wobei alternativ oder zusätzlich auch Warmwasser zu Haushaltszwecken entnehmbar ist. Zur Erwärmung der Flüssigkeit im Boiler ist ein Wärmetauscher vorgesehen, dessen Sekundärseite einerseits mit der Kaltseite und andererseits mit der Warmseite des Boilers verbunden ist. Die Sekundärseite des Wärmetauschers bildet daher mit dem Boiler einen in sich geschlossenen Kreislauf. Dieser Kreislauf wird ausschließlich durch Konvektion der Flüssigkeit im Boiler angetrieben, so dass keinerlei aktive Umwälzpumpe vorgesehen ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Strömungsmenge der Flüssigkeit in diesem Kreislauf unmittelbar an den Wärmeeintrag gekoppelt ist. Es ist daher ausgeschlossen, dass die Flüssigkeit in diesem Kreislauf umgewälzt wird, ohne dass ein ausreichend hoher Wärmeeintrag erfolgt. Eine derartige Umwälzung hätte die totale Zerstörung der Temperaturschichtung der Flüssigkeit im Boiler zur Folge, so dass die Entnahmetemperatur des Boilers entsprechend absinken würde. Andererseits setzt die rein konvektionsgebundene Strömung dieses Kreislaufs eine relativ intensive Erwärmung der Flüssigkeit voraus, da bei zu geringer Erwärmung die Konvektion nicht in Gang kommt.The Device according to claim 1 is used for heat recovery. It has at least one boiler, which has a temperature-layered liquid contains. As a rule, the boiler is filled with water, but also every other one heat carrying Medium is suitable. The liquid in the boiler is temperature-stratified, so always in the boiler at least one layer of cold liquid and overlying at least one layer of warm liquid. Usually is still an inflow for the liquid at the cold side of the boiler, In particular, cold water is provided while on the warm side Drain for heated liquid, especially hot water is provided. The heated liquid in particular used for heating purposes, with alternatively or additionally also Hot water is removable for household purposes. To warm the liquid in the boiler is a heat exchanger provided, its secondary side on the one hand with the cold side and on the other hand with the warm side connected to the boiler. The secondary side of the heat exchanger therefore forms with the boiler a self-contained cycle. This cycle becomes exclusive by convection of the liquid driven in the boiler, so no active circulation pump provided is. This arrangement has the advantage that the flow rate the liquid in this cycle is directly coupled to the heat input. It is therefore excluded that the liquid in this cycle circulated is, without a sufficiently high heat input takes place. Such circulation would have the total destruction the temperature stratification of the liquid in the boiler result, so that the withdrawal temperature of the boiler would fall accordingly. On the other hand, the purely convection-bound flow sets this Circulation a relatively intense heating of the liquid advance, since too little warming the Convection does not get going.

Zur Erzielung einer universellen Anwendbarkeit der Vorrichtung zur Wärmegewinnung ist es wichtig, auch Wärmequellen verwenden zu können, deren Temperatur geringer ist als die Warmseite des Boilers. Zu diesem Zweck wird ein Wärmetransport-Medium eingesetzt, welches durch die Wärmequelle verdampft wird. Anschließend wird das Wärmetransport-Medium durch einen Kompressor komprimiert, der das Wärmetransport-Medium einschließlich der darin enthaltenen Wärme auf eine höhere Temperatur bringt. Das Wärmetransport-Medium wird anschließend durch die Primärseite des Wärmetauschers geleitet, wo sie die Boilerflüssigkeit erwärmt. Gleichzeitig kondensiert das Wärmetransport-Medium, wobei die Verdampfungswärme für den Wärmetauscher an die Boilerflüssigkeit abgegeben wird. Das flüssige Wärmetransport-Medium wird dann wieder zurück zur Wärmequelle geführt, wo sie erneut Wärme aufnehmen kann. Auf diese Weise wird Wärme von der Wärmequelle mit geringer Temperatur in den Wärmetauscher bei höherer Temperatur transportiert. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der Betrieb einer derartigen Wärmepumpe zusammen mit einem konvektionsgebundenen Wärmetauscher recht problematisch ist.to Achieving a universal applicability of the device for heat recovery It is important, even heat sources to be able to use their Temperature is lower than the warm side of the boiler. To this The purpose is a heat transport medium used by the heat source is evaporated. Subsequently becomes the heat transport medium compressed by a compressor which contains the heat transport medium including contained therein heat to a higher one Temperature brings. The heat transport medium will follow through the primary side of the heat exchanger where it heats the boiler fluid. simultaneously condenses the heat transport medium, where the heat of vaporization for the heat exchanger to the boiler fluid is delivered. The liquid Heat transport medium will be back again to the heat source guided, where they heat again can record. In this way, heat from the heat source low temperature in the heat exchanger at higher Temperature transported. However, it has turned out that the operation of such a heat pump together with a convection-bound heat exchanger quite problematic is.

Im Gegensatz zur Nutzung von industrieller Abwärme kommt es beim Wärmepumpenbetrieb wegen des damit verbundenen Energieverbrauchs auf eine hohe Effizienz des Systems an. Ist der Wärmeeintrag der Wärmepumpe in den Wärmetauscher zu gering, so kommt die Konvektion im Boiler-Kreislauf nicht in Gang. Ist der Wärmeeintrag hingegen zu hoch, so verbraucht der Kompressor viel Energie, ohne dass es zu einer merklichen Erwärmung der Flüssigkeit im Boiler kommt.in the In contrast to the use of industrial waste heat, heat pump operation occurs because of the associated energy consumption on a high efficiency of the system. Is the heat input the heat pump in the heat exchanger too low, then the convection in the boiler cycle does not come in Corridor. Is the heat input on the other hand, the compressor consumes a lot of energy without that it causes a noticeable warming the liquid comes in the boiler.

Zur Lösung dieses Problems wird ein Kompressor eingesetzt, dessen Durchflussrate von einer Regelvorrichtung beeinflußt ist. Diese Regelvorrichtung ist dabei von der Temperatur des Wäremetransport-Mediums zwischen dem Ausgang des Kompressors und der Ausgangsleitung des Wärmetauschers bzw. von der Temperatur der Flüssigkeit des Wärmetauschers bzw. Boilers beeinflusst. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass der Durchsatz des Wärmetransport-Mediums durch den Kompressor von der Wärmeabgabe des Wärmetransport-Mediums im Wärmetauscher abhängig wird. Beim Hochfahren der Vorrichtung wird demnach der Kompressor bei relativ geringer Leistung genutzt, um der Konvektion auf der Sekundärseite des Wärmetauschers Zeit zu geben, sich entsprechend aufzubauen. Mit zunehmender Konvektionsströmung wird auch der Kompressor in seiner Leistung hochgefahren, da dann die Wärmeabgabe des Wärmetransport-Mediums im Wärmetauscher entsprechend zunimmt. Auf diese Weise ergibt sich eine optimale Wärmeausnutzung der Wärmequelle bei relativ geringem Energiebedarf, so dass die gesamte Vorrichtung einen überraschend hohen Wirkungsgrad aufweist.To solve this problem, a compressor is used whose flow rate is influenced by a control device. This control device is of the temperature of Wäremetrans Port medium influenced between the output of the compressor and the output line of the heat exchanger or by the temperature of the liquid of the heat exchanger or boiler. By this measure it is achieved that the throughput of the heat transfer medium is dependent by the compressor of the heat output of the heat transfer medium in the heat exchanger. When starting up the device, therefore, the compressor is used at relatively low power to give the convection on the secondary side of the heat exchanger time to build up accordingly. With increasing Konvektionsströmung the compressor is raised in its performance, since then the heat output of the heat transfer medium increases in the heat exchanger accordingly. In this way, optimal heat utilization of the heat source results in relatively low energy consumption, so that the entire device has a surprisingly high efficiency.

Zur Erzielung eines möglichst geringen Wärmeverlustes ist es gemäß Anspruch 2 vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher als Gegenstrom- Wärmetauscher ausgebildet ist. Hierdurch wird die Boilerflüssigkeit fast auf die Temperatur des Wärmetransport-Mediums erwärmt. Damit führt die Wärmeübertragung nur zu einem sehr geringen Temperaturverlust. Ist der Wärmetauscher innerhalb einer Wärmeisolation des Boilers vorgesehen, so ergeben sich besonders geringe Wärmeverluste. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher um den Boiler herum angeordnet, so dass auch Wärmestrahlungsverluste des Boilers teilweise im Wärmetauscher regeneriert werden.to Achieve as much as possible low heat loss it is according to claim 2 advantageous when the heat exchanger as a countercurrent heat exchanger is trained. As a result, the boiler fluid is almost at the temperature of the heat transport medium heated. With it leads the heat transfer only to a very small temperature loss. Is the heat exchanger within a heat insulation provided the boiler, so there are very low heat losses. Preferably, the heat exchanger arranged around the boiler, so that also heat radiation losses of the boiler partly in the heat exchanger be regenerated.

Um eine möglichst effektive Konvektion aufrecht zu erhalten, ist es gemäß Anspruch 3 günstig, wenn der Wärmetauscher sekundärseitig einen größeren Leitungsquerschnitt aufweist als primärseitig. Dies führt auf der Sekundärseite zu einem geringeren Leitungswiderstand, so dass bereits eine relativ geringe Temperaturdifferenz innerhalb des Wärmetauschers zu einer wirkungsvollen Konvektionsströmung führt. Auf der Primärseite ist ein großer Leitungsquerschnitt nicht erforderlich, da das Wärmetransport-Medium ohnehin durch die Wirkung des Kompressors zwangsweise umgewälzt wird.Around one possible To maintain effective convection, it is according to the claim 3 cheap, though the heat exchanger secondary side a larger cable cross-section has as the primary side. This leads up the secondary side to a lower line resistance, so that already a relative low temperature difference within the heat exchanger to an effective Convection flow leads. On the primary side is a big Cable cross section not required, since the heat transfer medium anyway is forcibly circulated by the action of the compressor.

Zur Erzielung einer feinfühligen Regelung ist es gemäß Anspruch 4 günstig, wenn die Regelvorrichtung von der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums, vorzugsweise nach dem Wärmetauscher beeinflußt ist. Die Kondensationstemperatur ist eine materialabhängige Funktion des Drucks, so dass zur Bestimmung der Kondensationstemperatur bei bekanntem Wärmetransport-Medium lediglich der Druck des Wärmetransport-Mediums nach dem Wärmetauscher gemessen werden muss. Dieser gemessene Druck kann dann unter Verwendung der Dampfdruckkurve des Wärmetransport-Mediums in eine Kondensationstemperatur umgerechnet werden. Die Kenntnis der Kondensationstemperatur ist wichtig, da eine unvollständige Kondensation des Wärmetransport-Mediums eine unvollständige Wärmeabgabe in den Wärmetauscher und ggf. eine instabile Regelung zur Folge hätte, so dass der Energieverbrauch des Kompressors zu hoch gewählt ist. Die Einflussnahme der Kondensationstemperatur auf die Regelung verbessert daher den Wirkungsgrad der Vorrichtung.to Achieving a sensitive Regulation is it according to claim 4 low, if the control device is dependent on the condensation temperature of the heat transport medium, preferably after the heat exchanger affected is. The condensation temperature is a material-dependent function of the pressure, allowing to determine the condensation temperature at known heat transport medium only the pressure of the heat transfer medium after the heat exchanger must be measured. This measured pressure can then be used the vapor pressure curve of the heat transfer medium in a condensation temperature be converted. The knowledge of the condensation temperature is important as an incomplete Condensation of the heat transfer medium an incomplete heat release in the heat exchanger and possibly an unstable scheme would result, so that the energy consumption the compressor is too high is. The influence of the condensation temperature on the control therefore improves the efficiency of the device.

Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades ist es gemäß Anspruch 5 günstig, wenn die Regelvorrichtung die Temperatur des Wärmetransport-Mediums nach Durchströmen des Wärmetauschers auf eine Temperatur einregelt, die eine vorgegebene Temperaturspanne unter der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums liegt. Das Wärmetransport-Medium ist in diesem Fall unterkühlt, so dass die Verdampfungswärme vollständig über den Wärmetauscher an die Boilerflüssigkeit abgegeben wurde. Steigt die Wärmeabgabe im Wärmetauscher an, so hat dies ein Absinken der Temperatur des Wärmetransport-Mediums am Ausgang des Wärmetauschers relativ zur Kondensationstemperatur zur Folge. In diesem Fall sorgt die Regelung für eine Erhöhung des Flusses durch den Kompressor. Damit kann die gesteigerte Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmetauschers direkt zur Erhöhung der Leistung der Vorrichtung genutzt werden. Außerdem bleibt die Regelung über den gesamten Betriebsbereich stabil.to Achieving optimum efficiency is according to claim 5 cheap, when the control device, the temperature of the heat transfer medium after flowing through the heat exchanger adjusted to a temperature that a predetermined temperature range is below the condensation temperature of the heat transfer medium. The heat transport medium is undercooled in this case, so that the heat of vaporization completely over the heat exchangers to the boiler fluid was delivered. Increases the heat output in the heat exchanger on, this has a decrease in the temperature of the heat transfer medium at the exit of the heat exchanger relative to the condensation temperature result. In this case, take care the scheme for a increase the flow through the compressor. Thus, the increased heat absorption capacity of the heat exchanger directly to the increase the performance of the device are used. In addition, the rule remains on the entire operating range stable.

Für die Temperaturspanne hat sich gemäß Anspruch 6 ein Bereich zwischen 1 K und 10 K bewährt. Bei einer Temperaturspanne von unter 1 K besteht die Gefahr, dass beim Auftreten von Störungen die Kondensation des Wärmetransport-Mediums nicht mehr vollständig ist, so dass Wärme ungenutzt im Kreis gepumpt wird. Außerdem können hierdurch schwer beherrschbare Regelschwingungen entstehen. Eine Wahl der Temperaturspanne von über 10 K ist unzweckmäßig, da dies eine Einschränkung von zur Verfügung stehenden Wärmequellen zur Folge hätte. Je nach einsetzbarer Wärmequelle ist jedoch eine größere Temperaturspanne möglich. Vorzugsweise wird die Temperaturspanne zwischen 3 K und 7 K gewählt, um eine möglichst feinfühlige und effiziente Regelung zu erzielen.For the temperature range has according to claim 6 a range between 1 K and 10 K proven. At a temperature range of less than 1 K there is a risk that in the event of disturbances Condensation of the heat transfer medium not more completely is, so that heat is pumped unused in a circle. In addition, this makes it difficult to control Control oscillations arise. A choice of temperature range of over 10K is inappropriate, there this is a limitation from available standing heat sources would result. Depending on the heat source that can be used but is a larger temperature range possible. Preferably, the temperature range between 3 K and 7 K is chosen to one possible sensitive and to achieve efficient regulation.

Um die Vorrichtung in einem weiten Leistungsbereich einsetzen zu können, ist es gemäß Anspruch 7 günstig, wenn zwischen dem Wärmetauscher und der Wärmequelle mindestens ein Expansionsventil vorgesehen ist. Dieses Expansionsventil sorgt für ein Entspannen des Wärmetransport-Medium und hält damit die Druckverhältnisse des Wärmetransport-Mediums im Bereich des Wärmetauschers in etwa konstant.Around to be able to use the device in a wide power range, is it according to claim 7 cheap, if between the heat exchanger and the heat source at least one expansion valve is provided. This expansion valve ensures for a Relax the heat transport medium and stops thus the pressure conditions of the heat transport medium in the area of the heat exchanger in about constant.

Um zu erreichen, dass die Vorrichtung unter allen Bedingungen einen optimalen Wirkungsgrad erzielt, ist es gemäß Anspruch 8 vorteilhaft, wenn das Expansionsventil mit einer vom Druck des Wärmetransport-Mediums beeinflußten Regelvorrichtung in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise werden über einen weiten Arbeitsbereich konstante Eigenschaften des Wärmetransport-Mediums realisiert.Around to achieve that the device in all conditions one achieved optimum efficiency, it is advantageous according to claim 8, when the expansion valve with an affected by the pressure of the heat transfer medium control device is in active connection. This way you will have a wide workspace realized constant properties of the heat transfer medium.

Insbesondere bei Wärmequellen mit sehr niedriger Temperatur ist es gemäß Anspruch 9 günstig, dem Wärmetauscher und mindestens einen Behälter nachzuordnen, der mit dem verdampften Wärmetransport-Medium in thermischem Kontakt steht. Damit wird das Wärmetransport-Medium zur Verbesserung der Wärmeaufnahme zusätzlich gekühlt. Außerdem erhöht sich die vom Kompressor erzielbare Endtemperatur.Especially at heat sources With very low temperature, it is favorable according to claim 9, the heat exchangers and at least one container nachordnen, with the evaporated heat transfer medium in thermal Contact stands. This is the heat transport medium to improve the heat absorption additionally cooled. Furthermore elevated itself the recoverable from the compressor end temperature.

Der Erfindungsgegenstand wird beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert, ohne den Schutzumfang zu beschränken.Of the Subject of the invention is exemplified with reference to the drawing, without to limit the scope of protection.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Wärmegewinnung. Die Vorrichtung 1 weist einen Boiler 2 auf, der mit Wasser 3 gefüllt ist.The single figure shows a schematic representation of a device 1 for heat recovery. The device 1 has a boiler 2 on that with water 3 is filled.

Der Boiler 2 hat einen Zulauf 4 für Kaltwasser und einen Ablauf 5 für Warmwasser. Innerhalb des Boilers 2 stellt sich eine Schichtgrenze 6 ein, bei der eine Warmseite 7 auf einer Kaltseite 8 liegt. Zwischen der Warmseite 7 und der Kaltseite 8 findet nur eine sehr geringe Durchmischung statt, so dass das Wasser der Warmseite 7 mit nahezu konstanter Temperatur entnommen werden kann. Insbesondere hängt die Temperatur des Wassers am Ablauf 5 praktisch nicht von der Höhe der Schichtgrenze 6 ab.The boiler 2 has a feed 4 for cold water and a drain 5 for hot water. Inside the boiler 2 turns a layer boundary 6 one in which a warm side 7 on a cold side 8th lies. Between the warm side 7 and the cold side 8th Only a very small mixing takes place, so that the water of the warm side 7 can be removed with almost constant temperature. In particular, the temperature of the water depends on the drain 5 practically not from the height of the layer boundary 6 from.

Der Boiler 2 ist über Leitungen 9 mit einem im Gegenstrom betriebenen Wärmetauscher 10 verbunden. Das Wasser 3 strömt dabei durch eine Sekundärseite 11 des Wärmetauschers 10. Diese Sekundärseite 11 besitzt einen größeren Leitungsquerschnitt als eine Primärseite 12 des Wärmetauschers 10, um zwischen dem Boiler 2 und dem Wärmetauscher 10 über die Leitungen 9 eine freie Konvektionsströmung ohne Umwälzpumpe realisieren zu können. Zur Erzielung eines möglichst geringen Wärmeverlustes ist der Wärmetauscher 10 innerhalb einer Wärmeisolierung 13 des Boilers 2 vorgesehen. Um auch die Strahlungswärme des Boilers 2 nutzbar zu machen, erstreckt sich der Wärmetauscher 10 um den Boiler 2 herum.The boiler 2 is via lines 9 with a countercurrent heat exchanger 10 connected. The water 3 flows through a secondary side 11 of the heat exchanger 10 , This secondary side 11 has a larger wire cross-section than a primary side 12 of the heat exchanger 10 to switch between the boiler 2 and the heat exchanger 10 over the wires 9 To be able to realize a free convection flow without circulating pump. To achieve the lowest possible heat loss of the heat exchanger 10 inside a thermal insulation 13 of the boiler 2 intended. In addition, the radiant heat of the boiler 2 to make usable, the heat exchanger extends 10 around the boiler 2 around.

Zusätzlich könnten im Boiler 2 – abweichend von der Darstellung – noch Wärmequellen, beispielsweise Wärmetauscher von fossilen Brennstoffheizungen oder von Hochtemperatur-Solarthermikanlagen untergebracht sein. Derartige zusätzliche Wärmequellen im Boiler 2 haben jedoch nichts mit dem Erfindungsgegenstand selbst zu tun und sind daher nicht dargestellt.In addition, in the boiler could 2 - Deviating from the representation - nor heat sources, such as heat exchangers from fossil fuel heaters or be housed by high-temperature solar thermal systems. Such additional heat sources in the boiler 2 However, they have nothing to do with the subject invention itself and are therefore not shown.

Außerdem könnte je nach Anwendungsfall der Wärmetauscher 10 vom Boiler 2 durch eine zusätzliche Wärmeisolationsschicht thermisch entkoppelt sein. Je nach Anwendungsfall ist alternativ auch daran gedacht, die Trennwand zwischen dem Wärmetauscher 10 und dem Boiler 2 mit Öffnungen zu versehen oder ganz wegzulassen, so dass sich auf diese Weise eine verbesserte Konvektion ausbildet.In addition, depending on the application, the heat exchanger 10 from the boiler 2 be thermally decoupled by an additional heat insulating layer. Depending on the application is alternatively also thought, the partition between the heat exchanger 10 and the boiler 2 be provided with openings or omit altogether, so that in this way an improved convection is formed.

Die Primärseite 12 des Wärmetauschers 10 wird von einem Wärmetransport-Medium 14 durchströmt, welches in einem gesonderten Kreislauf umgewälzt wird. Die Primärseite 12 des Wärmetauschers 10 ist über eine Leitung 15 mit einem Behälter 15a verbunden, der als Zwischen-Wärmetauscher ausgebildet ist. In diesem Behälter 15a gibt das Wärmetransport-Medium 14 Wärme an verdampftes Wärmetransport-Medium 14 ab, welches den Behälter 15a in einer Leitung 22 durchströmt. Diese Maßname verbessert die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wärmetransport-Mediums 14.The primary side 12 of the heat exchanger 10 is from a heat transfer medium 14 flows through, which is circulated in a separate circuit. The primary side 12 of the heat exchanger 10 is over a line 15 with a container 15a connected, which is designed as an intermediate heat exchanger. In this container 15a gives the heat transport medium 14 Heat to vaporized heat transfer medium 14 which is the container 15a in a pipe 22 flows through. This measure name improves the heat absorption capacity of the heat transport medium 14 ,

Nach Verlassen des Behälters 15a gelangt das Wärmetransport-Medium 14 in ein Expansionsventil 16, welches für einen Abbau des Druckes des Wärmetransport-Mediums 14 sorgt. Das Expansionsventil 16 steht über eine Regelvorrichtung 17 mit einem Druckmessgerät 18 in Wirkverbindung, welches den Druck des Wärmetransport-Mediums in der Leitung 15 konstant hält. Der Regelvorrichtung 17 ist ein Differenzverstärker 17b vorgeordnet, der den gemessenen Druck mit einem Soll-Wert eines Sollwert-Gebers 17a vergleicht. Das Vergleichsergebnis ist dabei die Regelgröße der Regelvorrichtung 17. Dies gewährleistet, dass innerhalb des Wärmetauschers 10 in etwa konstante Druckverhältnisse des Wärmetransport-Mediums 14 herrschen, so dass das Wärmetransport-Medium 14 in etwa eine konstante Kondensationstemperatur aufweist.After leaving the container 15a enters the heat transport medium 14 in an expansion valve 16 , which is for a reduction of the pressure of the heat transfer medium 14 provides. The expansion valve 16 is about a control device 17 with a pressure gauge 18 in operative connection, which the pressure of the heat transfer medium in the line 15 keeps constant. The control device 17 is a differential amplifier 17b upstream of the measured pressure with a setpoint value of a setpoint generator 17a compares. The comparison result is the controlled variable of the control device 17 , This ensures that inside the heat exchanger 10 approximately constant pressure conditions of the heat transport medium 14 prevail, allowing the heat transport medium 14 has approximately a constant condensation temperature.

Das Expansionsventil 16 steht über eine Leitung 19 mit einem weiteren Wärmetauscher 20 in Wirkverbindung, der sich mit einer Wärmequelle 21 in Kontakt befindet. Als Wärmequelle 21 kommt beispielsweise Umgebungsluft, aber auch Erdwärme oder eine solarthermische Anlage in Frage. In der Regel reicht die Temperatur der Wärmequelle 21 nicht aus, um direkt das Wasser 3 im Wärmetauscher 10 aufzuheizen. Hierzu muss diese Wärme erst auf eine höhere Temperatur gebracht werden.The expansion valve 16 is over a line 19 with another heat exchanger 20 in operative connection, dealing with a heat source 21 in contact. As a heat source 21 For example, ambient air, but also geothermal or a solar thermal system in question. As a rule, the temperature of the heat source is sufficient 21 do not go to the water directly 3 in the heat exchanger 10 heat. For this purpose, this heat must first be brought to a higher temperature.

Zu diesem Zweck wird das Wärmetransport-Medium 14 so gewählt, dass es innerhalb der Leitung 19 flüssig ist und durch die Wärmequelle 21 verdampft. Dieser Dampf wird über eine weitere Leitung 22 durch den Behälter 15a geleitet, wo es im Wärmeaustausch mit dem aus dem Wärmetauscher 10 kommendem Wärmetransport-Medium 14 steht. Das Wärmetransport-Medium 14 wird dabei in etwa auf die Zulauftemperatur des Boilers 2 erwärmt.For this purpose, the heat transport medium 14 chosen so that it is within the line 19 is liquid and through the heat source 21 evaporated. This steam is over another line 22 through the container 15a headed where it is in Heat exchange with that from the heat exchanger 10 upcoming heat transport medium 14 stands. The heat transport medium 14 will be approximately at the inlet temperature of the boiler 2 heated.

Nach Verlassen des Behälters 15a wird das Wärmetransport-Medium 14 einem Kompressor 23 zugeführt, dessen Durchfluss über die Drehzahl einstellbar ist. Der Kompressor 23 komprimiert das Wärmetransport-Medium 14, wodurch sich auch dessen Temperaturniveau erhöht. Über eine Leitung 24 gelangt das Wärmetransport-Medium 14 zurück in den Wärmetauscher 10, wo es seine Wärme an das sekundärseitige Wasser 3 abgibt. Dabei kondensiert das Wärmetransport-Medium 14, so dass seine gesamte Verdampfungswärme an das Wasser abgegeben wird.After leaving the container 15a becomes the heat transport medium 14 a compressor 23 fed, whose flow is adjustable over the speed. The compressor 23 compresses the heat transport medium 14 , which also increases its temperature level. About a line 24 enters the heat transport medium 14 back into the heat exchanger 10 where it transfers its heat to the secondary water 3 emits. The heat transfer medium condenses 14 so that all its heat of vaporization is released to the water.

Durch die Ausbildung des Wärmetauschers 10 als Gegenstrom-Wärmetauscher wird außerdem erreicht, dass das Wasser 3 nach dem Verlassen des Wärmetauschers 10 nahezu die Temperatur des zufließenden Wärmetransport-Mediums 14 aufweist. Der Temperaturverlust ist sehr gering, da das zufließende Wärmetransport-Medium 14 zunächst nur die oberste Schicht des Wassers 3 erwärmt, welches schon nahezu die Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 erreicht hat. Das Wärmetransport-Medium 14 fließt im Wärmetauscher abwärts und erwärmt immer kältere Wasserschichten, wodurch es sich zusehends abkühlt. Dabei wird an einem bestimmten Punkt innerhalb des Wärmetauschers 10 die Kondensations-Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 erreicht, so dass statt einer weiteren Abkühlung des Wärmetransport-Mediums 14 eine Kondensation desselben bei konstanter Temperatur einsetzt. Die Kondensation des Wärmetransport-Mediums 14 ist dabei vollständig, so dass die gesamte Verdampfungswärme abgegeben wird. Im unteren Bereich des Wärmetauschers 10 wird das nun flüssige Wärmetransport-Medium 14 noch weiter abgekühlt und anschließend dem Expansionsventil 16 und der Wärmequelle 21 zugeführt. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr effiziente Energienutzung der Vorrichtung 1.By the formation of the heat exchanger 10 As a countercurrent heat exchanger is also achieved that the water 3 after leaving the heat exchanger 10 almost the temperature of the incoming heat transport medium 14 having. The temperature loss is very low, as the incoming heat transfer medium 14 initially only the top layer of the water 3 heated, which is almost the temperature of the heat transfer medium 14 has reached. The heat transport medium 14 flows downwards in the heat exchanger and heats colder water layers, causing it to cool down noticeably. It is at a certain point within the heat exchanger 10 the condensation temperature of the heat transport medium 14 achieved, so that instead of further cooling of the heat transfer medium 14 a condensation of the same at constant temperature begins. The condensation of the heat transport medium 14 is complete, so that the entire heat of evaporation is released. In the lower part of the heat exchanger 10 becomes the now liquid heat transport medium 14 cooled even further and then the expansion valve 16 and the heat source 21 fed. In this way results in a very efficient use of energy of the device 1 ,

Zum Betrieb der Vorrichtung 1 ist ein Temperaturfühler 25 im Bereich der Leitung 15 ausgangsseitig des Wärmetauschers 10 vorgesehen. Dieser Temperaturfühler 25 misst die Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 nach der Wärmeabgabe im Wärmetauscher 10. Über das bereits erwähnte Druckmessgerät 18 wird außerdem der Druck des Wärmetransport-Mediums 14 in der Leitung 25 bestimmt. Über eine Rechenschaltung 26, in der die Dampfdruckkurve des Wärmetransport-Mediums 14 gespeichert ist, wird hieraus die Kondensations-Temperatur des Wärmetransport-Mediums 14 berechnet und als elektrisches Signal abgegeben. Die berechnete Kondensationstemperatur wird zusammen mit dem Signal des Temperaturfühlers 25 und einem Soll-Wert eines Sollwert-Gebers 27a einem Differenzverstärker 27 zugeführt, der hieraus die Unterkühlung des Wärmetransport-Mediums 14 in der Leitung 15 unter die Kondensationstemperatur ermittelt und mit dem Soll-Wert vergleicht.To operate the device 1 is a temperature sensor 25 in the area of the line 15 on the output side of the heat exchanger 10 intended. This temperature sensor 25 measures the temperature of the heat transport medium 14 after the heat release in the heat exchanger 10 , About the already mentioned pressure gauge 18 In addition, the pressure of the heat transfer medium 14 in the pipe 25 certainly. About a calculation circuit 26 , in which the vapor pressure curve of the heat transport medium 14 is stored, this is the condensation temperature of the heat transfer medium 14 calculated and delivered as an electrical signal. The calculated condensation temperature is combined with the signal from the temperature sensor 25 and a setpoint value of a setpoint generator 27a a differential amplifier 27 supplied from the supercooling of the heat transfer medium 14 in the pipe 15 determined under the condensation temperature and compared with the target value.

Ein Ausgangssignal 28 des Differenzverstärkers 27 wird einer Regelvorrichtung 29 zugeführt, die den Kompressor 23 über einen Frequenzumrichter 30 ansteuert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Wärmetransport-Medium 14 in Abhängigkeit von der Konvektionssträmung des Wassers 3 stets optimal umgewälzt wird. Damit wird einerseits die Wärmequelle 21 optimal genutzt und andererseits der Energieverbrauch des Kompressors 23 auf ein Minimum beschränkt. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt ein optimaler Wirkungsgrad der Vorrichtung 1.An output signal 28 of the differential amplifier 27 becomes a control device 29 fed to the compressor 23 via a frequency converter 30 controls. In this way it is ensured that the heat transfer medium 14 depending on the convection of the water 3 always optimally circulated. Thus, on the one hand, the heat source 21 optimally used and on the other hand the energy consumption of the compressor 23 kept to a minimum. In this way, overall results in an optimal efficiency of the device 1 ,

11
Vorrichtungcontraption
22
Boilerboiler
33
Wasserwater
44
ZulaufIntake
55
Ablaufprocedure
66
Schichtgrenzelayer boundary
77
Warmseitewarm side
88th
Kaltseitecold side
99
Leitungmanagement
1010
Wärmetauscherheat exchangers
1111
Sekundärseitesecondary side
1212
Primärseiteprimary
1313
Wärmeisolierungthermal insulation
1414
Wärmetransport-MediumHeat transport medium
1515
Leitungmanagement
15a15a
Behältercontainer
1616
Expansionsventilexpansion valve
1717
Regelvorrichtungcontrol device
17a17a
Sollwert-GeberSetpoint encoders
17b17b
Differenzverstärkerdifferential amplifier
1818
Druckmessgerätpressure monitor
1919
Leitungmanagement
2020
Wärmetauscherheat exchangers
2121
Wärmequelleheat source
2222
Leitungmanagement
2323
Kompressorcompressor
2424
Leitungmanagement
2525
Temperaturfühlertemperature sensor
2626
Rechenschaltungcomputing circuit
2727
Differenzverstärkerdifferential amplifier
27a27a
Sollwert-GeberSetpoint encoders
2828
Ausgangssignaloutput
2929
Regelvorrichtungcontrol device
3030
Frequenzumrichterfrequency converter

Claims (9)

Vorrichtung zur Wärmegewinnung, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Boiler (2) aufweist, der eine temperaturgeschichtete Flüssigkeit (3) enthält, wobei der Boiler (2) eine unten liegende Kaltseite (8) und eine oben liegende Warmseite (7) aufweist, und mit einer Sekundärseite (11) mindestens eines Wärmetauschers (10) einen ausschließlich durch Konvektion angetriebenen Kreislauf bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Primärseite (12) des Wärmetauschers (10) von einem unter Wärmeabgabe kondensierenden Wärmetransport-Medium (14) durchströmt ist, welches Wärme aus einer Wärmequelle (21) mit geringerer Temperatur als die Warmseite (7) des Boilers (2) entnimmt und dabei verdampft, wobei der Wärmequelle (21) mindestens ein Kompressor (23) nachgeordnet ist, der das Wärmetransport-Medium (14) auf eine Temperatur bringt, die über der der Warmseite (7) des Boilers (2) liegt, wobei die Durchflussrate des Kompressors (23) von einer Regelvorrichtung (29) beeinflußt ist, welche von der Temperatur des Wärmetransport-Mediums (14) zwischen dem Ausgang des Kompressors (23) und der Ausgangsleitung (15) des Wärmetauschers (10) und/oder der Flüssigkeit (3) des Wärmetauschers (10) und/oder Boilers (2) beeinflusst ist.Device for heat recovery, wherein the device ( 1 ) at least one boiler ( 2 ) having, a temperature-layered liquid ( 3 ), whereby the boiler ( 2 ) a cold side ( 8th ) and an overhead hot side ( 7 ), and with a secondary side ( 11 ) at least one heat exchanger ( 10 ) forms a convection-driven circuit, characterized in that a primary side ( 12 ) of the heat exchanger ( 10 ) from a heat-transfer condensing heat transfer medium ( 14 ), which heat from a heat source ( 21 ) at a lower temperature than the hot side ( 7 ) of the boiler ( 2 ) and thereby evaporates, wherein the heat source ( 21 ) at least one compressor ( 23 ), which is the heat transport medium ( 14 ) to a temperature above that of the hot side ( 7 ) of the boiler ( 2 ), whereby the flow rate of the compressor ( 23 ) of a control device ( 29 ), which depends on the temperature of the heat transport medium ( 14 ) between the output of the compressor ( 23 ) and the output line ( 15 ) of the heat exchanger ( 10 ) and / or the liquid ( 3 ) of the heat exchanger ( 10 ) and / or boilers ( 2 ) is influenced. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet und innerhalb einer Wärmeisolierung (13) des Boilers (2) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat exchanger ( 10 ) formed as a countercurrent heat exchanger and within a heat insulation ( 13 ) of the boiler ( 2 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (10) sekundärseitig einen größeren Leitungsquerschnitt aufweist als primärseitig.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger ( 10 ) on the secondary side has a larger line cross-section than the primary side. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (29) von der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums (14), vorzugsweise nach dem Wärmetauscher (10) beeinflusst ist.Device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the control device ( 29 ) of the condensation temperature of the heat transport medium ( 14 ), preferably after the heat exchanger ( 10 ) is influenced. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (29) die Temperatur des Wärmetransport-Mediums (14) nach Durchströmen des Wärmetauschers (10) auf eine Temperatur einregelt, die eine vorgegebene Temperaturspanne unter der Kondensationstemperatur des Wärmetransport-Mediums (14) liegt.Device according to claim 4, characterized in that the control device ( 29 ) the temperature of the heat transport medium ( 14 ) after flowing through the heat exchanger ( 10 ) is adjusted to a temperature which is a predetermined temperature range below the condensation temperature of the heat transport medium ( 14 ) lies. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturspanne zwischen 1 K und 10 K, vorzugsweise zwischen 3 K und 7 K liegt.Device according to claim 5, characterized in that that the temperature range between 1 K and 10 K, preferably between 3 K and 7 K lies. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmetauscher (10) und der Wärmequelle (21) mindestens ein Expansionsventil (16) vorgesehen ist.Device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that between the heat exchanger ( 10 ) and the heat source ( 21 ) at least one expansion valve ( 16 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (16) mit einer vom Druck des Wärmetransport-Mediums (14) beeinflussten Regelvorrichtung (17) in Wirkverbindung steht.Apparatus according to claim 7, characterized in that the expansion valve ( 16 ) with a pressure of the heat transport medium ( 14 ) influenced control device ( 17 ) is in operative connection. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärseite (12) des Wärmetauschers (10) mindestens ein Behälter (15a) nachgeordnet ist, der in thermischem Kontakt mit dem von der Wärmequelle (21) verdampften Wärmetransport-Medium (14) steht.Device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the primary side ( 12 ) of the heat exchanger ( 10 ) at least one container ( 15a ) in thermal contact with that of the heat source ( 21 ) evaporated heat transfer medium ( 14 ) stands.
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