EP0131691B1 - Hot water producing apparatus - Google Patents
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- EP0131691B1 EP0131691B1 EP84103667A EP84103667A EP0131691B1 EP 0131691 B1 EP0131691 B1 EP 0131691B1 EP 84103667 A EP84103667 A EP 84103667A EP 84103667 A EP84103667 A EP 84103667A EP 0131691 B1 EP0131691 B1 EP 0131691B1
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- heat exchanger
- compressor
- warm water
- hot water
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
- F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
Definitions
- the invention relates to a system for producing hot water.
- the object of the invention is therefore to design a hot water production system so that it can be easily transported and quickly set up as a unit and can be adapted to the respective local conditions, with existing hot water, cold water and compressed air connections being used directly.
- This object is achieved with a system which is provided with a compressor, a first heat exchanger and a second heat exchanger connected to a recooling device, a cooling water circuit guided via the compressor, the primary side of the first heat exchanger, the second heat exchanger and an aftercooler, and a hot water circuit guided over the secondary side of the first heat exchanger, in which a hot water storage tank and a third heat exchanger, which is connected in parallel with the first heat exchanger and is electrically heated as a function of the desired temperature, is provided, the first, second and third heat exchangers and the aftercooler and the lines connecting them the cooling water circuit and the hot water circuit form a structural unit which is housed in a container, the wall of which with connecting pieces for the compressor arranged outside the container, the hot water tank and the recooling device is provided.
- An essential feature of the invention is thus the housing of the system in a container and in this way the formation of a unit, the hot water generation of the water-cooled compressor and that of the electrical heat exchanger being automatically connected in series or in parallel depending on the constant temperature of the hot water requirement.
- the system can be constructed such that the electrically heated third heat exchanger is connected to the line leading to the hot water tank leaving the outlet connection of the first heat exchanger, and that the third heat exchanger can be put into operation when the temperature of the the line to the consumer of flowing water does not reach the desired value.
- a container 1 - which is shown schematically in the drawing with a dashed line - a water-cooled compressor 2, a hot water tank 3 and a recooling device 4 are arranged.
- the heat exchanger 6 is connected on the secondary side to a pump 7 which is connected to the water network 9 via a line 8.
- the heat exchanger 6 is connected in series on the primary side via a line 10 to a second heat exchanger 11.
- the other side of the heat exchanger 11 is connected to the water basin 12 of the recooling device 4 via a line 13.
- a pump 14 is installed in line 13.
- a line 15 leads from the heat exchanger 11 into the water basin 12.
- the function of the recooling device 4 is ensured by a cooling tower 16.
- a line 17 leads from the second heat exchanger 11 via a aftercooler 18 back into the compressor 2.
- the compressed air from the compressor 2 passes into the aftercooler 18 via a line 19.
- the compressed air is removed from the aftercooler 18 via a line 20.
- a line 21 leads from the first heat exchanger 6 on the secondary side to the hot water consumers.
- An electrically heated heat exchanger 22, which is parallel to the heat exchanger 6, is provided between the lines 8 and 21 in front of the hot water tank 3. All heat exchangers 6, 11 and 22 are actuated automatically with the aid of controllers 23 and 24. The controller 24 actuates the valve 25.
- the hot water generating plant according to the invention works as follows:
- the water-cooled compressor 2 which is operated with an electric motor, absorbs electrical energy from the network during charging.
- the water emerging from the compressor 2 through the line 5 reaches the primary side of the heat exchanger 6 at a temperature of approximately 90 ° C., from which water flows to the consumers through the line 21 at a temperature of approximately 45 ° C. on the secondary side.
- the pump 7 circulates the cold water arriving from the water network 9 through the line 8.
- the water on the primary side leaving the first heat exchanger 6 at a temperature of 45 ° C. passes through line 10 into the second heat exchanger 11, from where it returns at a temperature of approximately 35 ° C. through line 17 into the compressor 2.
- the water in the heat exchanger 11 is cooled by the cooling water circulated from the water basin 12 of the recooling device 4 through the line 13 with the aid of the pump 14.
- the water flowing out of the second heat exchanger 11 flows back through the line 15 into the water basin 12.
- the pump 26 installed in line 17 circulates, depending on the position of the valve 25 installed in line 17, operated by controller 24, through aftercooler 18 and through the cooling pipes of compressor 2, the amount of water which leads to the outlet temperature of 90 ° C heard of the water emerging through line 5. If no heat transfer takes place in the heat exchanger 6, the cooling of the entire amount of water of the compressor is realized by the heat exchanger 11.
- the electrical heat exchanger 22 comes into operation when the temperature of the water flowing through the line 21 to the consumer does not reach the desired temperature value.
- the volume of the hot water tank 3 connected to the outer network and the delivery rate of the pumps 7, 14, 26 and 27 are so dimensioned or are adapted to the periodic hot water withdrawal that the first heat exchanger 6 always receives cold water from the network.
- the electrical heat exchanger 22 which generates the quantity of hot water belonging to the scope of performance, switches on.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Warmwassererzeugung.The invention relates to a system for producing hot water.
In den letzten Jahren wurde das Energieproblem überall auf der Welt immer größer. Es ist ein allgemeines Ziel, solche Lösungen zu finden, die Energie ersparen, bzw. die bisher ungenutzte Abfallenergie ausnutzen. Diese Abfallenergie entsteht im allgemeinen während des Betriebes der Produktionseinheiten auf verschiedenem Temperaturniveau und in unterschiedlicher Form.In recent years, the energy problem has been growing all over the world. It is a general goal to find solutions that save energy or exploit the previously unused waste energy. This waste energy generally arises during the operation of the production units at different temperatures and in different forms.
In Ländern, wo ein bedeutender Teil der industriellen elektrischen Energie zur Herstellung von Druckluft benutzt wird, kann durch Umwandlung der Kompressionsarbeit in Wärme erhebliche Energie eingespart werden.In countries where a significant portion of industrial electrical energy is used to produce compressed air, converting compression work into heat can save significant energy.
Bei der Nutzung des Wärmeinhaltes der Druckluft ist davon auszugehen, daß in den herkömmlichen Kompressorkühlwassersystemen die Austrittstemperatur des Kühlwassers nahezu 100° C erreichen kann. Die Temperaturdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur des Kühlwassers ermöglicht mit Hilfe von speziellen Wärmeaustauschern 80 % des Wärmeinhaltes des Kühlwassers zurückzugewinnen. Bisher ist aber kein einheitliches System für die Verbindung von Rohren und Apparaten des Warmwasser erzeugenden Systems verwendet worden, sondern solche Systeme wurden jeweils den örtlichen Umständen entsprechend mit örtlicher Montagearbeit an bereits vorhandenen Kompressoren angepaßt, wobei die Möglichkeiten des vorhandenen Gebäudes ausgenutzt wurden oder ein neuer Gebäudeteil errichtet wurde. Eine derartige Aulage in Verbindung mit einem Dieselgenerator ist aus der DE-A-3 044 666 bekannt.When using the heat content of the compressed air, it can be assumed that in the conventional compressor cooling water systems the outlet temperature of the cooling water can reach almost 100 ° C. The temperature difference between the inlet and outlet temperatures of the cooling water enables 80% of the heat content of the cooling water to be recovered using special heat exchangers. So far, however, no uniform system for the connection of pipes and apparatuses of the hot water generating system has been used, but such systems have been adapted to the local circumstances with local assembly work on existing compressors, using the possibilities of the existing building or a new part of the building was built. Such an assembly in connection with a diesel generator is known from DE-A-3 044 666.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb, eine Warmwassererzeugungsanlage so auszubilden, daß sie als eine Einheit leicht transportierbar und schnell aufstellbar und an die jeweiligen örtlichen Verhältnisse anpaßbar ist, wobei vorhandene Warmwasser-, Kaltwasser- und Druckluftanschlüsse direkt verwendbar sind.The object of the invention is therefore to design a hot water production system so that it can be easily transported and quickly set up as a unit and can be adapted to the respective local conditions, with existing hot water, cold water and compressed air connections being used directly.
Diese Aufgabe wird mit einer Anlage gelöst, die versehen ist mit einem Kompressor, einem ersten Wärmetauscher und einem zweiten, mit einer Rückkühlvorrichtung verbundenen Wärmetauscher, einem über den Kompressor, die Primärseite des ersten Wärmetauschers, den zweiten Wärmetauscher und einen Nachkühler geführten Kühlwasserkreislauf, sowie mit einem über die Sekundärseite des ersten Wärmetauschers geführten Warmwasserkreislauf, in dem ein Warmwasserspeicher und ein mit dem ersten Wärmetauscher parallelgeschalteter, in Abhängigkeit der gewünschten Temperatur elektrisch beheizter dritter Wärmetauscher vorgesehen ist, wobei der erste, zweite und dritte Wärmetauscher sowie der Nachkühler und die sie verbindenden Leitungen des Kühlwasserkreislaufes und des Warmwasserkreislaufes eine bauliche Einheit bilden, die in einem Container untergebracht ist, dessen Wandung mit Anschlußstutzen für den außerhalb des Containers angeordneten Kompressor, den Warmwasserspeicher und die Rückkühlvorrichtung versehen ist.This object is achieved with a system which is provided with a compressor, a first heat exchanger and a second heat exchanger connected to a recooling device, a cooling water circuit guided via the compressor, the primary side of the first heat exchanger, the second heat exchanger and an aftercooler, and a hot water circuit guided over the secondary side of the first heat exchanger, in which a hot water storage tank and a third heat exchanger, which is connected in parallel with the first heat exchanger and is electrically heated as a function of the desired temperature, is provided, the first, second and third heat exchangers and the aftercooler and the lines connecting them the cooling water circuit and the hot water circuit form a structural unit which is housed in a container, the wall of which with connecting pieces for the compressor arranged outside the container, the hot water tank and the recooling device is provided.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist somit die Unterbringung des Systems in einem Container und auf diese Weise die Bildung einer Einheit, wobei die Warmwassererzeugung des wassergekühlten Kompressors und die des elektrischen Wärmetauschers in Abhängigkeit von der konstanten Temperatur des Warmwasserbedarfes automatisch in Reihe oder parallel geschaltet sind.An essential feature of the invention is thus the housing of the system in a container and in this way the formation of a unit, the hot water generation of the water-cooled compressor and that of the electrical heat exchanger being automatically connected in series or in parallel depending on the constant temperature of the hot water requirement.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Anlage so gebaut sein, daß der elektrisch beheizte dritte Wärmetauscher an die den Austrittsstutzen des ersten Wärmetauschers verlassende, zum Warmwasserspeicher führende Leitung angeschlossen ist, und daß der dritte Wärmetauscher in Betrieb setzbar ist, wenn die Temperatur des durch die Leitung zum Verbraucher fließenden Wassers nicht den gewünschten Wert erreicht.According to an advantageous embodiment of the invention, the system can be constructed such that the electrically heated third heat exchanger is connected to the line leading to the hot water tank leaving the outlet connection of the first heat exchanger, and that the third heat exchanger can be put into operation when the temperature of the the line to the consumer of flowing water does not reach the desired value.
Es hat sich aber auch als vorteilhaft erwiesen, die erfindungsgemäße Anlage so auszugestalten, daß die Temperatur des im Warmwasserspeicher gespeicherten Warmwassers mit Hilfe des dritten Wärmetauschers vom Betrieb des Kompressors unabhängig und konstant haltbar ist.However, it has also proven to be advantageous to design the system according to the invention in such a way that the temperature of the hot water stored in the hot water tank can be kept independent of and constant from the operation of the compressor with the aid of the third heat exchanger.
Die folgenden Vorteile werden erreichtThe following advantages are achieved
Die Anlage kann in großer Serie hergestellt werden ; der Transport ist einfach und sicher ;
- der Container kann auf einer Fläche einfach aufgestellt werden ;
- die im Container enthaltene Anlage kann nach Anschließen der Rohranschlüsse und elektrischen Kabelanschlüsse sofort in Betrieb gesetzt werden ;
- der Container kann sogar im Freien aufgestellt werden, benötigt also kein spezielles Gebäude ;
- das Kühlwassersystem eines Kompressors oder einer Kompressorenanlage läßt sich hermetisch abschließen, so daß sich in den Kompressoren kein Wasserstein bildet und kein Zusatzwasserbedarf auftritt ;
- der mobile Container läßt sich insbesondere auf Baustellen zur Erzeugung von Warmwasser und mit einem etwas geringerem Wirkungsgrad auch für Heizzwecke einsetzen ; der eingebaute Wärmetauscher ermöglicht bei minimalem Energieverbrauch den Frostschutz der ganzen Anlage und der daran angeschlossenen Kompressoren bei Betriebsruhe, wodurch insbesondere im Winterbetrieb die notwendigen Anlauftemperaturen gesichert sind.
- the container can easily be set up on a surface;
- the system contained in the container can be put into operation immediately after connecting the pipe connections and electrical cable connections;
- the container can even be set up outdoors, so it doesn't need a special building;
- the cooling water system of a compressor or a compressor system can be hermetically sealed, so that no water stone forms in the compressors and there is no need for additional water;
- the mobile container can be used in particular on construction sites for the production of hot water and with a somewhat lower efficiency also for heating purposes; The built-in heat exchanger enables frost protection of the entire system and the compressors connected to it when the system is idle, with minimal energy consumption, which ensures the necessary start-up temperatures, especially in winter.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung in Form eines Schaltschemas dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawing in the form of a circuit diagram.
Außerhalb eines Containers 1 - der in der Zeichnung schematisch mit gestrichelter Linie dargestellt ist - sind ein wassergekühlter Kompressor 2, ein Warmwasserspeicher 3 und eine Rückkühlvorrichtung 4 angeordnet. An den Ausgang I des Kompressors 2 ist über eine Leitung 5 die Primärseite eines ersten Wärmetauschers 6 angeschlossen. Der Wärmetauscher 6 steht sekundärseitig mit einer Pumpe 7 in Verbindung, die über eine Leitung 8 an das Wassernetz 9 angeschlossen ist. Der Wärmetauscher 6 ist primärseitig über eine Leitung 10 mit einem zweiten Wärmetauscher 11 in Reihe geschaltet. Die andere Seite des Wärmetauschers 11 ist über eine Leitung 13 mit dem Wasserbecken 12 der Rückkühlvorrichtung 4 verbunden. In die Leitung 13 ist eine Pumpe 14 eingebaut. Von dem Wärmetauscher 11 führt eine Leitung 15 in das Wasserbecken 12. Die Funktion der Rückkühlvorrichtung 4 wird durch einen Kühlturm 16 gesichert.Outside a container 1 - which is shown schematically in the drawing with a dashed line - a water-cooled
Aus dem zweiten Wärmetauscher 11 führt eine Leitung 17 über einen Nachkühler 18 zurück in den Kompressor 2. In den Nachkühler 18 gelangt die Druckluft von dem Kompressor 2 über eine Leitung 19. Die Druckluft wird aus dem Nachkühler 18 über eine Leitung 20 entfernt.A
Aus dem ersten Wärmetauscher 6 führt sekundärseitig eine Leitung 21 zu den Warmwasserverbrauchern. Zwischen den Leitungen 8 und 21 ist vor dem Warmwasserspeicher 3 ein elektrisch beheizter Wärmetauscher 22 vorgesehen, der zum Wärmetauscher 6 parallel liegt. Sämtliche Wärmetauscher 6, 11 und 22 werden mit Hilfe von Reglern 23 und 24 automatisch betätigt. Der Regler 24 betätigt das Ventil 25.A
Die erfindungsgemäße Warmwasser erzeugende Anlage arbeitet wie folgt:The hot water generating plant according to the invention works as follows:
Der mit einem Elektromotor betriebene wassergekühlte Kompressor 2 nimmt im Ladebetrieb elektrische Energie aus dem Netz auf. Das aus dem Kompressor 2 durch die Leitung 5 austretende Wasser gelangt mit einer Temperatur von ungefähr 90° C zur Primärseite des Wärmetauschers 6, aus dem sekundärseitig Wasser durch die Leitung 21 mit einer Temperatur von ungefähr 45° C den Verbrauchern zuströmt. Auf der Sekundärseite des ersten Wärmetauschers 6 wälzt die Pumpe 7 das von dem Wassernetz 9 durch die Leitung 8 ankommende Kaltwasser um. Das primärseitig aus dem ersten Wärmetauscher 6 austretende Wasser mit einer Temperatur von 45° C gelangt durch die Leitung 10 in den zweiten Wärmetauscher 11, von wo es mit einer Temperatur von ungefähr 35° C durch die Leitung 17 in den Kompressor 2 zurückkehrt. Das Abkühlen des Wassers in dem Wärmetauscher 11 erfolgt durch das aus dem Wasserbecken 12 der Rückkühlvorrichtung 4 durch die Leitung 13 mit Hilfe der Pumpe 14 umgewälzte Kühlwasser. Das aus dem zweiten Wärmetauscher 11 ausfließende Wasser strömt durch die Leitung 15 in das Wasserbecken 12 zurück.The water-cooled
Die in die Leitung 17 eingebaute Pumpe 26 wälzt in Abhängigkeit von der Stellung des in die Leitung 17 eingebauten, durch den Regler 24 betätigten Ventils 25 durch den Nachkühler 18 und durch die Kühlrohre des Kompressors 2 die Wassermenge um, die zu der Austrittstemperatur von 90° C des durch die Leitung 5 austretenden Wassers gehört. Falls in dem Wärmetauscher 6 keine Wärmeübertragung zustandekommt, wird das Abkühlen der ganzen Wassermenge des Kompressors durch den Wärmetauscher 11 verwirklicht.The
Der elektrische Wärmetauscher 22 tritt dann in Betrieb, wenn die Temperatur des durch die Leitung 21 zu dem Verbraucher fließenden Wassers nicht den gewünschte Temperaturwert erreicht.The
Das Volumen des an das äußere Netz angeschlossenen Warmwasserspeichers 3 und die Fördermenge der Pumpen 7, 14, 26 und 27 werden derart bemessen bzw. sind so an die periodische Warmwasserentnahme angepaßt, daß der erste Wärmetauscher 6 immer kaltes Wasser aus dem Netz bekommt.The volume of the
In der Nacht schaltet sich - von dem Betrieb des Kompressors 2 unabhängig oder mit diesem parallel - der elektrische Wärmetauscher 22 ein, der die zum Leistungsumfang gehörende Warmwassermenge erzeugt.At night, independently of or in parallel with the operation of the
Das Warmwasser erzeugende System ist an den folgenden Stellen an den Container angeschlossen :
- I. Eintrittspunkt des Kühlwassers aus dem Kompressor,
- II. Austrittspunkt des Verbrauchswarmwassers,
- 111. Eintrittspunkt des Kaltwassers aus dem Netz,
- IV. Eintrittspunkt des Kaltwassers in den Kompressor,
- V. Eintrittspunkt der Druckluft,
- Vl. Austrittspunkt der Druckluft,
- VII. Eintrittspunkt des Kühlwassers des Wärmetauschers,
- VIII. Austrittspunkt des Kühlwassers des Wärmetauschers.
- I. entry point of the cooling water from the compressor,
- II. Outlet point of the domestic hot water,
- 111. cold water entry point from the network,
- IV. Cold water entry point into the compressor,
- V. entry point of the compressed air,
- Vl. Exit point of the compressed air,
- VII. Entry point of the cooling water of the heat exchanger,
- VIII. Exit point of the cooling water of the heat exchanger.
Claims (3)
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