DE3607356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE-OS 26 20 395 ist eine Heizvorrichtung mit einem Heizkessel und angeschlossenem Heizkreislauf, mit einem Rauchgaswäscher mit steuerbar anschaltbarer Außenluftzulei­ tung zu einem Waschbereich, ähnlich DE-OS 27 32 744 und mit einer Wärmepumpe bekannt, deren Verdampfer in dem Rücklauf des Heizkreislaufes und deren Kondensator in der Rauchgas- Waschflüssigkeit wärmetauschend angeordnet sind. Hierbei ist es erforderlich, die gesamte Rauchgasenergie mittels der Wärmepumpe in den Heizkreislauf zu übertragen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Heizvorrichtung nach DE-OS 26 20 395 so zu verbessern, daß sie bei Kesselbetrieb mit relativ zur Gesamtheizleistung geringerer Wärmepumpenleistung auskommt und bei geringerer Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer und Kondensator und somit mit einem höherem Wirkungsgrad arbeitet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Anordnung erbringt den Vorteil, daß der Wärmetauscher nur relativ klein zu sein braucht und daß er keine Vereisung zeigt, da es vorgesehen ist mit einer Waschflüssigkeit zu arbeiten, die einen so hohen Salzgehalt hat, daß sie auch bei den Betriebstemperaturen unter dem Gefrierpunkt des Wassers, die üblicherweise auftreten, nicht friert.

Zur Erreichung eines unter den jeweils gegebenen Umständen, d. h. Wärmebedarfs- und Außenlufttemperaturverhältnissen, günstigsten Wirkungsgrades im Wärmepumpenbetrieb wird vorteilhaft die Temperaturdifferenz zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator so gering wie möglich gehalten und die Vorlauftemperatur des Heizkreises dem Wärmebedarf gemäß in bekannter Weise vorgegeben. Sofern die Leistung der Wärmepumpe für einen angeforderten Wärmebedarf zur Entnahme aus der Umgebungsluft nicht ausreicht, wird, wie bei sogenannten bivalenten Heizvorrichtungen üblich, die Verbrennungs-Vorrichtung zugeschaltet. Diese ist zweckmäßig mit einem direkten Wärmetauscher ausgestattet, durch den der Heizungskreislauf aufgeheizt wird, und diesem vorgeschaltet werden der Vorlaufwärmetauscher der Waschflüssigkeit und davor der Verdampferwärmetauscher der Wärmepumpe angeordnet. Der Waschvorrichtung wird dann vorteilhaft nur noch Rauchgas und keine Außenluft zugeführt, und die Temperatur der Waschflüssigkeit wird vorzugsweise so weit abgesenkt, daß auch die schweflige Säure im Rauchgas weitgehend kondensiert.

In vorteilhafter Weise ist es auch möglich, den einen Teil der Rauchgaswärme mit einem zweiten Waschflüssigkeitskreislauf, der auf der Rauchgaszustromseite der Waschvorrichtung angeordnet ist, durch den Rücklaufwärmetauscher zu entziehen. Auf der Rauchgasabstromseite wird dann der andere Waschflüssigkeitskreislauf betrieben, der über den Verdampferwärmetauscher der Wärmepumpenanlage geführt ist und mit niedrigerer Temperatur betrieben wird. Auf diese Weise ist eine noch günstigere Enthalpienutzung gegeben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist in der Figur dargestellt.

Sie zeigt eine Heizvorrichtung in Seitenansicht, teilweise geschnitten und schematisiert, sowie die Kreisläufe, Meß- und Steuerorgane und die Steuervorrichtung.

Eine turmförmig dargestellte Waschvorrichtung (1) ist obenseitig mit einem Düsenstock (2) zum Versprühen der Waschflüssigkeit in Form von Wasserschirmen (WS) oder Sprühregen bestückt. Im unteren Teil befindet sich ein Auffangbecken (Sammler 21) für die Waschflüssigkeit, dessen Abfluß (22) über eine Pumpe (23) durch eine Zuleitung (23 B) zum Düsenstock (2) zurückgeführt ist. Die Rauchgase (RG) einer Verbrennungsvorrichtung (3) werden durch einen Stutzen (13) der Waschvorrichtung (1) oberhalb des Auffangbeckens zugeführt, und sie treten, nachdem sie die Rieselstrecke der Waschflüssigkeit im Gegenstrom durchlaufen haben, oben am Abgasstutzen (AG) des Waschturmgehäuses (11) gereinigt und gekühlt aus, von wo sie einem Kamin zugeführt werden können.

Die Verbrennungsvorrichtung (3) ist in bekannter Weise mit einem steuerbaren Brenner (31) ausgerüstet, dem Brennstoff (BS) und Zuluft (ZL) zugeführt wird. Die Flamm- und Rauchgase (RG) durchlaufen ein Heizregister (32), dessen Ab- und Zuleitung (32 A, 32 B) mit einem steuerbaren Kreuzweg- Mischventil (33) verbunden sind, das andererseits mit einem Heizkreis (35) mit Heizkörpern, der durch eine Heizkreispumpe (34) betrieben wird, mit der Heizkreisvor- und -rücklauf- Leitung (34 A, 34 B) verbunden ist. Dieser Heizkreis ist abstromseitig der Heizkörper, die auch durch ein Rohrnetz einer Fußbodenheizung gebildet sein können, mit dem Rücklauf (35 A) durch einen Rücklaufwärmetauscher (16) geführt, wo er von der durch die Rauchgase, z. B. auf 80 Grad C, aufgeheizten Waschsole vorgewärmt wird und diese, z. B. auf 30 Grad C, abkühlt, so daß sie erneut dem Düsenstock (2) zugeführt werden kann.

Das Kreuzweg-Mischventil (33) kann in bekannter Weise von Hand oder über einen Vorlauftemperatursensor (33 C) mit einem Steuerantrieb (33 D) zur Regelung einer bestimmten Temperatur an der Heizkreisvorlaufleitung (34 B) des Heizkreises verbunden werden (gestrichelt gezeichnet).

Der Brenner (31) wird durch einen Temperaturmelder (32 C) am Rauchgaswärmetauscher (Heizregister 32) zwischen vorgegebenen Grenztemperaturen im Betrieb gesteuert.

Diese Vorrichtung ist durch eine Wärmepumpe (4) ergänzt, deren Kondensator (41) als erster Wärmetauscher Wärme dem Rücklauf (35 A) des Heizkreises zuführt und deren Verdampfer (Wärmetauscher 43) als zweiter Wärmetauscher der Waschflüssigkeit vor deren Rückführung zu den Düsen Wärme entzieht. Zwischen dem Kondensator (41) und der Zuleitung des Verdampfers liegt vorteilhaft eine steuerbare Drossel (42), die zur Erreichung eines günstigen Wirkungsgrades mit dem Signal des Temperatursensors (42 C) an der Kühlmittel-Ableitung (43 A) des Verdampfers auf Einhaltung einer bestimmten Temperatur geregelt wird. Die Steuerverbindung des Temperatursensors zum Stellglied (42 D) der Drossel (42) ist gestrichelt gezeichnet.

Alternativ kann auch die Temperatur der Waschflüssigkeit in der Ableitung (23 A) hinter dem Verdampfer (Wärmetauscher 43) gemessen und zur Regelung genutzt werden. Damit die Wärmepumpe einen hohen Wirkungsgrad hat, ist dem Kondensator (41) in den Rücklauf (35 A) des Heizkreises, also dort wo die niedrigste Temperatur in ihm herrscht, angeordnet, und danach ist der Rücklaufwärmetauscher (16), der bei höherer Temperatur betrieben wird, in der Waschflüssigkeit strömungsmäßig angeordnet, der zum Kreuzweg-Mischventil (33) weitergeschaltet ist.

Diese Anordnung mit der Wärmepumpe hat einerseits den Vorteil, daß die Rauchgasenergie noch weiter ausgenutzt wird und daß durch die niedrigere Temperatur der Waschflüssigkeit die Schadstoffe, insbes. schweflige Säure und Kohlenwasserstoffe, noch weitergehend ausgefällt werden. Es ist im Rahmen des fachmännischen Könnens, geeignete Mittel in Suspension oder gelöst der Waschflüssigkeit beizugeben, die eine chemische Bindung oder Fällung der Schadstoffe bewirken und so eine noch weitergehende Reinigung der Abluft erbringen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird diese als sogenannte bivalente Heizeinrichtung genutzt, wobei die Wärmepumpe bei geringem Heizwärmebedarf, z. B. in der sogenannten Übergangszeit, aus der Außenluft die Wärme entzieht und die Verbrennungsvorrichtung (3) abgeschaltet wird. Hierzu ist an dem Waschturm (1) ein Ventilator (50) angeordnet, der die Außenluft über ein Luftzufuhrrohr (51) untenseitig über den Stutzen (13) dem Waschturm (1) zuführt. Eine Pendelklappe (52) schließt wechselseitig den Rauchgasanschluß oder den Außenluftanschluß ab. Weiterhin wird parallel zu der Ventilatoransteuerung mit einem Stellglied (45 D) ein Umwegventil (45) parallel dem Rücklaufwärmetauscher (16) geschaltet und dieser über eine Rücklaufsperre (44) abgeschaltet. Der Kreislauf der Waschflüssigkeit entzieht der zugeführten Außenluft im Gegenstrom Wärme, die der Waschflüssigkeit durch die Wärmepumpe entzogen wird. Auf diese Weise kann der Wärmetauscher (43), verglichen mit einem üblichen Luftwärmetauscher, klein gehalten werden, und der Ventilator (50) kann mit einer niedrigen Leistung wegen des geringen Druckabfalles im Waschturm betrieben werden. Es entstehen dadurch nur sehr geringe Luftströmungsgeräusche.

Die Steuerung der Gesamtvorrichtung erfolgt zweckmäßig über eine Steuervorrichtung (ST), die eingangsseitig mit einem Zeitgeber (CL), einer Eingabevorrichtung für eine Vorgabe von Vergleichstemperaturwerten und mit Temperatursignalgebern für die Außenlufttemperatur (ALC), die Abgastemperatur (AGC), sowie den bereits genannten Temperaturmeldern (33 C, 42 C, 32 C) verbunden ist. Ausgangsseitig steuert sie den Brenner (31) und die Betätigungsvorrichtungen (33 D, 42 D, 45 D) des Kreuzweg-Mischventils (33) der Drossel (42) bzw. des Umwegventils (45) sowie den Ventilator (50), die Wärmepumpe (4), die Heizkreispumpe (34) und die Pumpe (23). Die Steuerung erfolgt zweckmäßig so, daß, solange im Wärmepumpen-Ventilatorbetrieb die Abgastemperatur (AGC) einen vorgegebenen unteren Wert nicht unterschreitet und die Vorlauftemperatur einen gewissen Wert nicht unterschreitet, der Ventilator, die Wärmepumpe und die Solepumpe betrieben werden und das Umwegventil geöffnet ist, bis jeweils eine vorgegebene obere Vorlauftemperatur erreicht ist. Dann wird die Wärmepumpe ausgeschaltet und der Ventilator und die Solepumpe noch eine vorgegebenen Zeit oder so lange betrieben, bis die Abgastemperatur (AGC) annähernd der Außenlufttemperatur (ALC) entspricht, also eine vorgegebene Differenz zu ihr unterschreitet, worauf auch diese abgeschaltet werden.

Auf diese Weise kann die Wärmepumpe beim Wiederanlaufen, wenn die Vorlauftemperatur ihren unteren vorgegebenen Wert wieder erreicht hat, mit hohem Wirkungsgrad laufen.

Reicht ein Wärmepumpenbetrieb vorgegebener Zeit nicht aus, um die Vorlauftemperatur über einen Mindestwert anzuheben, so schaltet die Steuervorrichtung den Ventilator aus und den Brenner ein, und sie schließt das Umwegventil (45). Abhängig von der Vorlauftemperatur wird dann das Kreuzweg-Mischventil (33) auf den Kreislauf des Heizregisters (32) zu einem Teil umgesteuert. Die Wärmepumpe und Solepumpe werden immer parallel zum Brenner betrieben und nach dessen Abschaltung, die jeweils abhängig von dem Erreichen einer vorgegebenen Heizregistertemperatur vorgenommen wird, werden diese so lange weiterbetrie­ ben, bis jeweils die Abgastemperatur einen bestimmten unteren Grenzwert erreicht hat. Dabei wird der Ventilator wieder eingeschaltet, falls die Außenlufttemperatur (ALC) über der Abgastemperatur liegt, wobei die Wärmepumpenbe­ triebssteuerung wieder einsetzt.

Eine zuverlässige Methode einen Kurzschluß des Wärmetrans­ portes zwischen den Wärmetauschern (Rücklaufwärmetauscher 41, 16, Kondensator, Wärmetauscher 43) über den Heizkreislauf bzw. den Solekreislauf zu verhindern, besteht darin, das Umwegventil (45) und die Rücklaufsperre (44) sowie an der Verbindungsleitung (16 B) des Rücklaufwärmetau­ schers (16) und in dem Sammler (21) je einen Temperaturmel­ der (16 C, 21 C) anzuordnen. Diese sind mit einer Steuervorrichtung eingangsseitig verbunden, die ausgangsseitig mit dem Umwegventil (45) verbunden ist.

Die Ökonomie des Betriebes der Vorrichtung ist u. a. von den Strom- und Brennstoffkosten und der Auslegung der einzelnen Wärmetauscher, sowie der Solemenge, die unter Umständen vorteilhaft durch einen Tank vergrößert werden kann, be­ stimmt. Durch die Wahl der vorgegebenen Temperaturgrenzwer­ te, bei denen die Steuerung der verschiedenen Zustände vorgenommen wird, sowie die Bestimmung der vorgegebenen Zeiten können diese Verhältnisse berücksichtigt werden. Zur Gewinnung geeigneter Daten werden die Temperaturverläufe an den verschiedenen Temperaturmeldern auf einer Ausgabevor­ richtung (AG) von der Steuervorrichtung (ST) laufend ausgegeben. Zum leichteren Verständnis wurde bei Temperatur­ bezeichnungen das Bezugszeichen des Melders hinzugefügt.

Vom Fachmann kann die Vorrichtung durch weitere Teile, z. B. Warmwasseraufbereitung und -speicherung ergänzt werden, oder er kann die Verbrennungsvorrichtung durch eine andere ersetzen.

Claims (2)

1. Heizvorrichtung bestehend aus einer Verbrennungs­ vorrichtung (3), die ein Heizregister (32) beaufschlagt, das, vorzugsweise steuerbar, mit einem Heizkreislauf (34, 35) verbunden ist und deren Rauchgas (RG) oder alternativ ein gesteuert zugeführter Außenluftstrom (AL) in einer Waschvorrichtung (1) im Gegenstrom eine Waschflüssigkeit in Form von Wasserstrahlen oder eines Wasserschirmes (WS) passiert, die im unteren Bereich der Waschvorrichtung (1) in einem Sammler (21) aufgefangen wird und von einer Pumpe (23) über eine Waschflüssigkeitsleitung in die Waschvorrichtung (1) zurückgepumpt wird, wobei die Waschflüssigkeit durch einen Wärmetauscher (43) geführt ist, der andererseits einen Verdampfer eines Wärmepumpenkreislaufes einer Wärmepumpe (4) enthält, wobei in dem Wärmepumpenkreislauf eine steuerbare Drossel (42) und ein Kondensator (41) angeordnet sind und wobei ein Rücklauf (35 A) des Heizkreises (35) durch den Kondensator (41) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf (35 A) von dem Kondensator (41) kommend über eine Verbindungsleitung (16 B) durch einen Rücklaufwärmetauscher (16) geführt ist, der bei höherer Temperatur als der Kondensator betrieben wird und in dem Sammler (21) angeordnet ist, und der Wärmetauscher (43) in der Waschflüssigkeitsleitung angeordnet ist und daß in dem Rücklauf parallel zu dem Rücklaufwärmetauscher (16) ein steuerbares Umwegventil (45) und in Serie zu diesem eine Rücklaufsperre (44) angeordnet sind und in dem Sammler (21) und an der Verbindungsleitung (16 B) des Rücklauf- Wärmetauschers (16) je ein Temperaturmelder (21 C, 16 C) angeordnet sind, die mit einer Steuervorrichtung (ST) eingangsseitig verbunden sind, die ausgangsseitig mit dem Umwegventil (45) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Waschvorrichtung (1) zwei getrennte Waschflüs­ sigkeitskreisläufe angeordnet sind, von denen der eine rauchgaszustromseitig liegt und mit dem Rücklaufwärme­ tauscher (16) in Verbindung steht und der andere rauchgas­ abstromseitig liegt und mit dem Wärmetauscher (43) in Verbindung steht.