EP2129975B1 - Thermal power plant - Google Patents
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- EP2129975B1 EP2129975B1 EP08709261A EP08709261A EP2129975B1 EP 2129975 B1 EP2129975 B1 EP 2129975B1 EP 08709261 A EP08709261 A EP 08709261A EP 08709261 A EP08709261 A EP 08709261A EP 2129975 B1 EP2129975 B1 EP 2129975B1
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- EP
- European Patent Office
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- heat exchanger
- pump
- liquid
- circuit
- power plant
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F24V40/00—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies
- F24V40/10—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies the fluid passing through restriction means
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
- F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
- F28D7/085—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
- F28D7/087—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions assembled in arrays, each array being arranged in the same plane
Definitions
- the invention relates to a thermal power plant with a device for generating heat of compression, comprising a pump circuit with a pump for conveying a liquid, in particular oil through a throttle, and with a heat exchanger for transferring heat from the heated liquid to be heated, through the Heat exchanger promoted fluid, wherein the system comprises a liquid container and the pump circuit is formed as an open circuit by the liquid to be pumped through the throttle withdrawn from the liquid container and the conveyed through the throttle heated liquid is returned to the liquid container. Furthermore, the invention relates to a method for generating heat of compression with a liquid pumped through a throttle into the liquid container and for transmitting the generated heat of compression to a fluid to be heated.
- the cold water inlet is located in the area of the bottom of the steel container; the process is located near the upper end.
- the cold water introduced into the steel container is heated by the heat given off by the heating coil system as a result of the flow of the heated oil. Consequently, heated water can be withdrawn above the drain.
- a regulator is used for temperature detection the water in the steel container and controls depending on the measured temperature to the pump.
- JP 56119490 A a thermal power plant is known in which the pump circuit is designed as an open circuit.
- An oil container filled with oil serves as an oil balance tank and as a container for arranging a heat exchanger.
- a heat exchanger is a heating coil system, which is traversed by the heated fluid to transfer heat from the heated by the heat of compression of the liquid.
- heat is removed through the heat exchanger of the heated by the heat of compression, located in the liquid container liquid heat.
- the units of the pump circuit are outside the liquid container. A heating of the conveyed in the heat exchanger to be heated fluid takes place to a significant extent only when the pump circuit is in operation. Therefore, the system described in this document does not work very efficiently.
- WO 00/42362 A describes a heating system device by means of heat amplification by utilizing thermal fluctuations by converting electrical energy into increased heat energy. With this device already existing heat is amplified. Used for the heat gain, the waste heat of one or more electric motors. For this purpose, the at least one electric motor is arranged within the liquid to be heated in order to allow rapid heat transfer.
- the invention therefore has the object to improve a heat engine mentioned above such that their efficiency is improved. Furthermore, the invention has the object to improve the aforementioned method for generating heat of compression and for transferring the generated heat of compression to a fluid to be heated accordingly.
- the device-related object is achieved by a thermal power plant with the features of claim 1.
- the method-related object is achieved by a method having the features of claim 15.
- a heat exchanger (heat exchanger) is used, in which for effecting the heat transfer from the heated by the heat of compression fluid to the fluid to be heated, such as process water, a heat exchanger is used, in which both fluids - heated fluid and fluid to be heated - to actively promote heat transfer.
- An advantage of using such a heat exchanger is not only the particularly effective heat transfer, but also the fact that the heat exchanger for conveying the heated by the heat of compression liquid is turned on in an open heat exchange circuit using the liquid contained in the liquid container of the plant, in particular oil , The operation of this heat exchanger circuit is made use of to mix by sucking liquid from the liquid container and ejecting or returning them in the liquid container, the liquid contained therein.
- the pump circuit need not only be operated at intervals, typically only when the temperature of the liquid heated by the heat of compression in the container has fallen below a lower threshold to warm them up again to their upper threshold temperature.
- the provision of the heat exchanger circuit for conveying heated liquid through the heat exchanger not only has advantages in terms of improved heat transfer, but also in terms of exploiting the heat generated by the operation of the pump circuit.
- a circulating pump used for this purpose operates with considerably less energy compared with that required for the pump circuit.
- the storage capacity provided by the liquid used for the recovery of the heat of compression is used as a whole, at least as far as possible, and not only locally with the pump circuit switched off.
- this thermal power plant also determines the amount of liquid contained in the pump circuit, the heat exchanger circuit and in the liquid container, the heat storage capacity, the frequency with which the pump of the pump circuit to raise the temperature of the liquid in the liquid container must be operated.
- Liquid contained in the liquid container thus has a uniform temperature distribution, regardless of the operation of the pump circuit.
- a heat exchanger for example, a plate heat exchanger can be used.
- the suction of the heat exchanger circuit and the outlet side opening thereof with a sufficiently large to form the desired implementation distance to each other with respect to the length or the diameter of the liquid container are arranged and / or fluidically so are aligned that sets the desired circulation.
- the suction port and the discharge port do not necessarily have to be the physical suction port and discharge port of the heat exchanger itself with respect to this heat exchange circuit. Rather, it is preferable to connect to the physical Ansaugstutz the heat exchanger and the outlet side nozzle in each case a piece of pipe or a piece of tubing in order to arrange the relevant with respect to the mixing openings of the heat exchanger circuit to the appropriate positions within the liquid container.
- a second heat exchanger circuit in which the fluid to be heated, such as service water, such as the water is promoted for a building heating installation.
- the fluid to be heated such as service water
- this heat exchanger circuit can be switched directly into a service water device, for example, to the flow and return of a heating system.
- the flow and the input of this heat exchanger circuit is the return.
- an oil is typically used as the fluid of the pump circuit.
- hydraulic oils or oils which are referred to as thermal oils, can be used.
- thermal oils can be used.
- the pump circuit of this thermal power plant is operated at pressures of 250 bar or more. Depending on the pump capacity, pressures of 450 bar or more can be realized.
- pumps for operating the pump circuit typically gear pumps or piston pumps are used, which are driven by an electric motor. It is also possible to use vane pumps. If the pump circuit is to be operated at very high pressure, piston pumps will preferably be used for this purpose.
- a down pipe is connected to the outlet of the throttle, through which the heated liquid, for example, the heated oil is conveyed into the region of the bottom of the liquid container.
- the downpipe may open into a distributor, so that the heated liquid conveyed through the pump circuit exits at several points in the region of the bottom of the liquid container. This results in a faster mixing of the warmer liquid, which is relatively warmer from the downpipe, with that in the liquid container.
- Liquid container and also the cover to the outside to insulate against heat loss.
- thermal insulation measures are well known.
- the thermal power plant can be used for different purposes, depending on which circuit is associated with the arranged in the liquid container heat exchanger. Thus, this thermal power plant is suitable for use in the context of a sanitary building installation for the provision of hot water, either for heating purposes or for use.
- the thermal power plant can also be used in connection with a cooling device, for example in the context of a building air conditioning, large refrigerators or refrigerated counters. In such a case, the fluid used for this purpose is heated (vaporized) by the heat exchanger and thereby brought into its gaseous phase so that it condenses elsewhere in a heat exchanger and in this case absorbs heat from the environment and then cools them.
- one or more heat exchangers may be arranged in the liquid container.
- thermal power plant it is also possible to provide a plurality of pump circuits, can be generated via the heat of compression.
- Each pump circuit is assigned a separate pump.
- the pump circuits can be operated simultaneously or independently of each other. It is also possible to feed a plurality of mutually parallel throttles with oil with a pump associated pump or to arrange several pumps connected in series in a pump circuit.
- a thermal power plant 1 comprises a liquid container 2.
- the liquid container 2 is closed on the upper side by a lid 3.
- the liquid container 2 and the lid 3 are constructed with two shells in the illustrated embodiment, for thermal insulation reasons.
- the liquid container 2 is filled with a liquid, which is a hydraulic oil 4 in the illustrated embodiment.
- the fill level or the liquid level is identified by the reference symbol F in this figure.
- the oil is conveyed to generate heat of compression by a pump circuit 5. Belonging to the pump circuit 5 is a driven by an electric motor 6 hydraulic pump 7, which sucks via a suction inlet 8 oil 4 from the liquid container 2 and via a pressure line 9 a not shown in detail throttle 10 supplies.
- the throttle 10 is a component in which the oil 4 conveyed via the pressure line 9 is compressed and thereby heated.
- the throttle 10 is adjustable with respect to its flow cross-section.
- a downpipe 11 is connected, via which the heated oil 4 is conveyed into the region of the bottom 12 of the liquid container 2.
- the downpipe 11 opens into a manifold 13, via which the heated oil over a certain extent of the soil distributed in the liquid container 2 is introduced.
- it is at the manifold 13 to a closed end pipe section in the top of a plurality of oil outlet holes 14 are introduced.
- an oil filter 15 and a pressure gauge M are turned on as a pressure sensor.
- the oil filter 15 is accessible from the top of the lid 3 ago. By the oil filter 15 an undesirable clogging of the throttle 10 should be avoided.
- the pressure gauge M serves to monitor the operation of the pump circuit 5.
- a control unit 16 For controlling the pump circuit 5 is a control unit 16. As a sensor to the controller 16, a temperature sensor 17 is connected, which detects the temperature of the oil 4 in the liquid container 2.
- the electric motor 6 is connected via a signal line 18 to the control unit 16. Via a further signal line 19, the throttle 10 which can be adjusted with regard to its cross-sectional area is connected to the control unit 16.
- the control unit 16 of the electric motor 6 for driving the hydraulic pump 7.
- the hydraulic pump 7 is designed to build up an operating pressure of 250 bar and more in the pressure line 9, which pressure is present on the input side of the throttle 10.
- the pump circuit 5 operates in the illustrated embodiment with the aforementioned operating pressure.
- the cross section of the throttle 10 is adjusted to determine the pressure and thus the heat of compression to be generated. If the thermal power plant 1 is set after a first installation, basically the throttle cross-section does not need to be changed.
- the pressure gauge 11 may also be connected to the control unit 16. If an excessively high pressure within the pressure line 9 is detected via the pressure gauge M, this can be the result of a blockage of the throttle 10. Accordingly, the throttle 10 can then be controlled by the control unit 16 to expand its cross-section, in order to flush out a contamination in this way. Subsequently, the throttle 10 is again provided for its to generate the heat of compression Cross section set. In the same way, an adjustment and / or monitoring of a safety valve can be made.
- a thermal power plant can be formed with a throttle with a constant cross-sectional area.
- the pump circuit 5 of the thermal power plant 1 is also associated with a not shown in the figures pressure relief valve as a safety valve.
- a safety valve can be designed to be adjustable in terms of Mathdruckschwellagonists. Such adjustability can be achieved by means of a controllable actuator, which in turn is controlled by the control unit 16. When the operating pressure is increased, the overpressure threshold of the safety valve is adjusted accordingly.
- the safety valve is not adjustable and part of the throttle 10 and opens in the illustrated embodiment at 280 bar. Connected to this safety valve is a bypass line through which the flowing through the pressure relief valve oil 4 is returned to the liquid container 2.
- a plate heat exchanger 20 is used in the liquid container 2.
- the heat exchanger 20 is completely submerged in the oil tank 4 located in the liquid container 2.
- the plate heat exchanger 20 is turned on the one hand in a first heat exchanger circuit 21.
- the heat exchanger circuit 21 includes a submersible pump 22 which is driven by an electric motor 23.
- a pressure line 24 At the output of the submersible pump 22, from which the discharged during operation of the same oil escapes, a pressure line 24 and this in turn connected to the one input of the plate heat exchanger 20.
- the heat exchanger circuit 21 is also associated with an outlet pipe 25 which is connected to the output of this the heat exchanger circuit 21 associated flow path of the heat exchanger 20.
- the submersible pump 22 and the outlet-side opening of the outlet pipe 25 are based on the in FIG. 1 recognizable length of the liquid container 2 spaced from each other, so that during operation the heat exchanger circuit 21 forms a recirculation flow within the liquid container.
- the plate heat exchanger 20 is turned on with its second flow path in a second heat exchanger circuit.
- This second heat exchanger circuit is part of a not shown in the figures heating installation of a building in the illustrated embodiment.
- the flow 26, with the heated water to be supplied to the radiators of the heater is connected to the relevant output of the plate heat exchanger 20.
- the return 27 of the heater is connected.
- the plate heat exchanger 20 of the illustrated embodiment is a countercurrent.
- the control of the pump circuit 5 is independent of the control of the first heat exchanger circuit 21, with which the heated by the pump circuit 5 oil 4 is conveyed through the heat exchanger 20. Since in the illustrated embodiment, the heat exchanger 20 is switched directly into the flow and return 26, 27 of a building heating, the first heat exchanger circuit 21 is operated continuously. Consequently, in a heating operation, the electric motor 23 drives the submersible pump 22 continuously.
- the first heat exchanger circuit 21 operates with such a delivery volume that even for this reason a merely laminar circulation flow will not occur.
- the stored in the oil 4 heat is therefore usable in total.
- the relatively cooler oil leaving the outlet pipe 25 rapidly mixes with the surrounding warmer oil.
- To support the distribution process of the generated heat of compression is the on the downpipe 11 connected distributor 13.
- other flow-conducting or flow-directing structures may be arranged within the liquid container 2.
- the driven by the electric motor 23 submersible pump 22 operates at a rate of about 20 to 30 liters per minute depending on the setting.
- a circulation of the oil contained in the liquid container 2 (60 I) takes place within 2-3 minutes.
- a specialist will set on the basis of the other parameters of the thermal power plant and the required heat.
- the amount of oil contained in the liquid container and the intended Cyprusaustrag should be on the heat exchanger.
- the liquid container 2 is almost completely filled with oil 4.
- the lid 3 has a vent opening E. Existing water, such as condensation, can easily evaporate out of the vent 23 out.
- all units are arranged on the lid 3. By removing the lid 3, therefore, one obtains access to all the aggregates.
- the pressure line 24 connecting the submersible pump 22 to the plate heat exchanger 20 is flexible or has a flexible portion.
- thermal power plant in the liquid container 2 more heat exchangers, preferably in a parallel arrangement to bring each other, the same or different installations are associated.
- a _einzigen heat power plant heat for example, not only for heating, but also hot water for use and / or an air conditioning system.
- the pump can form a structural unit with the valve unit or a throttle. This can also be arranged laterally with respect to the liquid container. Forms the valve unit or throttle with the Pump a structural unit, it may be appropriate to arrange this block liquidbed within the liquid container. This has the advantage that heat losses are reduced to a minimum. Furthermore, arranging the pressure part within the fluid has safety advantages.
- FIG. 2 shows a further thermal power plant 1 ', which is basically constructed as the thermal power plant 1 of FIG. 1 , The same components are therefore identified by the same reference numerals, supplemented by an "apostrophe".
- a safety valve 28 In contrast to the thermal power plant 1 in the pressure line 9 'following the pump 7', a safety valve 28, a check valve 29 and a pressure sensor, for example, designed as a manometer 30, turned on.
- the entire pressure line 9 'with the units therein 28, 29, 30 including the throttle 10' are oil-covered.
- Of advantage are not only the above-described safety-relevant aspects of such an arrangement, but also that in an operation of the pump circuit 5 'within the line 9' and the units 7 ', 28, 29, 10' resulting heat in addition to the in the liquid container.
- the pressure gauge 30 as a pressure sensor, a proper operation of the throttle 10 'can be monitored. If the pump is out of operation, the conveying path of the pressure line 9 'connected downstream of the check valve 29 would have to be depressurized, and consequently a recognizable pressure drop would have to be ascertainable. If this is not done, this indicates a throttle defect. If such monitoring is desired, the pressure gauge 30 is connected to the control unit 16 '.
- the outlet pipe connected downstream of the throttle opens directly into the pressure line of the heat exchanger circuit conveyed by the submersible pump.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Kompressionswärme, umfassend einen Pumpenkreis mit einer Pumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, insbesondere von Öl durch eine Drossel, und mit einem Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme aus der erwärmten Flüssigkeit auf ein zu erwärmendes, durch den Wärmetauscher gefördertes Fluid, wobei die Anlage einen Flüssigkeitsbehälter umfasst und der Pumpenkreis als offener Kreislauf ausgebildet ist, indem die durch die Drossel zu pumpende Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter abgezogen und die durch die Drossel geförderte erwärmte Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Kompressionswärme mit einer durch eine Drossel in den Flüssigkeitsbehälter gepumpten Flüssigkeit und zum Übertragen der erzeugten Kompressionswärme auf ein zu erwärmendes Fluid.The invention relates to a thermal power plant with a device for generating heat of compression, comprising a pump circuit with a pump for conveying a liquid, in particular oil through a throttle, and with a heat exchanger for transferring heat from the heated liquid to be heated, through the Heat exchanger promoted fluid, wherein the system comprises a liquid container and the pump circuit is formed as an open circuit by the liquid to be pumped through the throttle withdrawn from the liquid container and the conveyed through the throttle heated liquid is returned to the liquid container. Furthermore, the invention relates to a method for generating heat of compression with a liquid pumped through a throttle into the liquid container and for transmitting the generated heat of compression to a fluid to be heated.
In
Auf
Aus
Eine Wärmeerzeugung durch Kompressionswärme ist bei diesem vorbekannten Gerät nicht vorgesehen.Heat generation by compression heat is not provided in this prior art device.
Auch wenn mit den vorbeschriebenen Wärmekraftanlagen elektrische Energie in Wärmeenergie gewandelt werden kann, besteht der Wunsch, vor allem den Wirkungsgrad dieser Wärmekraftanlagen zu verbessern und wenn möglich die Baugröße zu verringern.Even if electrical energy can be converted into heat energy with the above-described thermal power plants, there is a desire, above all, to improve the efficiency of these thermal power plants and, if possible, to reduce the size.
Ausgehend von der als nächstkommend angesehenen
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmekraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The device-related object is achieved by a thermal power plant with the features of
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.The method-related object is achieved by a method having the features of
Bei einer solchen Wärmekraftanlage ist ein Wärmetauscher (Wärmeübertrager) eingesetzt, bei dem zum Bewirken der Wärmeübertragung von der durch die Kompressionswärme erwärmten Flüssigkeit auf das zu erwärmende Fluid, beispielsweise Brauchwasser ein Wärmetauscher eingesetzt ist, bei dem beide Fluide - erwärmte Flüssigkeit und zu erwärmendes Fluid - zum Bewirken der Wärmeübertragung aktiv gefördert werden. Von Vorteil bei Einsatz eines solchen Wärmetauschers ist nicht nur die besonders effektive Wärmeübertragung, sondern auch die Tatsache, dass der Wärmetauscher zum Fördern der durch die Kompressionswärme erwärmten Flüssigkeit in einen offenen Wärmetauscherkreis unter Verwendung der in dem Flüssigkeitsbehälter der Anlage befindlichen Flüssigkeit, insbesondere Öl eingeschaltet ist. Den Betrieb dieses Wärmetauscherkreises macht man sich zunutze, um durch Ansaugen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter und Ausstoßen bzw. Zurückgeben derselben in den Flüssigkeitsbehälter die darin enthaltene Flüssigkeit zu durchmischen. Dieses hat zur Folge, dass sich die am Ausgang des Wärmetauschers in den Flüssigkeitsbehälter der Anlage aus dem Wärmetauscherkreis zurückgeführte kühlere Flüssigkeit mit der übrigen, in dem Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit durchmischt. Dabei ist der Wärmetauscherkreis zweckmäßigerweise dergestalt mit seinem Ein- und Ausgang innerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet, damit in den Durchmischungsprozess möglichst die gesamte, in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltene Flüssigkeit einbezogen ist. Bei einem Betrieb des Wärmetauscherkreises kann also die gesamte in der Flüssigkeit des Flüssigkeitsbehälters gespeicherte Wärme genutzt werden. Einer Ausbildung von kühleren Flüssigkeitsbereichen innerhalb des Flüssigkeitsbehälters, aus denen Flüssigkeit zum Beaufschlagen des Wärmetauschers abgesaugt werden könnte, ist daher vermieden. Daher braucht der Pumpenkreis zum Bewirken eines wirksamen Wärmeüberganges auf das in dem Wärmetauscher zu erwärmende Fluid nicht nur in zeitlichen Abständen betrieben zu werden, typischer Weise erst dann, wenn die Temperatur der durch die Kompressionswärme erwärmten Flüssigkeit in dem Behälter einen unteren Schwellwert unterschritten hat, um diese wieder auf ihre obere Schwellwerttemperatur zu erwärmen. Somit hat das Vorsehen des Wärmetauscherkreises zum Fördern von erwärmter Flüssigkeit durch den Wärmetauscher nicht nur Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Wärmeübertragung, sondern auch hinsichtlich des Ausnutzens der durch den Betrieb des Pumpenkreises erzeugten Wärme. Zum Abziehen von Wärme aus der Flüssigkeit braucht lediglich der Wärmetauscherkreis zu arbeiten. Eine zu diesem Zweck beispielsweise eingesetzte Umwälzpumpe arbeitet jedoch verglichen mit einer solchen für den Pumpenkreis benötigten mit erheblich weniger Energie. Mit anderen Worten: Durch die für die Gewinnung der Kompressionswärme verwendete Flüssigkeit bereitgestellte Speicherkapazität wird insgesamt, zumindest weitestgehend und nicht nur lokal bei abgeschaltetem Pumpenkreis genutzt. Damit bestimmt bei dieser Wärmekraftanlage auch die Menge der in dem Pumpenkreis, dem Wärmetauscherkreis und in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltene Flüssigkeit die Wärmespeicherkapazität die Frequenz, mit der die Pumpe des Pumpenkreises zum Anheben der Temperatur der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter betrieben werden muss. In dem Flüssigkeitsbehälter enthaltene Flüssigkeit weist somit unabhängig vom Betrieb des Pumpenkreises eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf. Als Wärmetauscher kann beispielsweise ein Plattenwärmetauscher eingesetzt sein.In such a thermal power plant, a heat exchanger (heat exchanger) is used, in which for effecting the heat transfer from the heated by the heat of compression fluid to the fluid to be heated, such as process water, a heat exchanger is used, in which both fluids - heated fluid and fluid to be heated - to actively promote heat transfer. An advantage of using such a heat exchanger is not only the particularly effective heat transfer, but also the fact that the heat exchanger for conveying the heated by the heat of compression liquid is turned on in an open heat exchange circuit using the liquid contained in the liquid container of the plant, in particular oil , The operation of this heat exchanger circuit is made use of to mix by sucking liquid from the liquid container and ejecting or returning them in the liquid container, the liquid contained therein. This has the consequence that mixed at the output of the heat exchanger in the liquid container of the system from the heat exchanger circuit cooler fluid mixed with the rest, located in the liquid container liquid. Here is the heat exchanger circuit expediently arranged in such a way with its inlet and outlet within the liquid container, so that as far as possible the entire liquid contained in the liquid container is included in the mixing process. During operation of the heat exchanger circuit, therefore, the entire heat stored in the liquid of the liquid container can be utilized. A formation of cooler fluid areas within the liquid container, from which liquid could be sucked off for applying the heat exchanger, is therefore avoided. Therefore, for effecting effective heat transfer to the fluid to be heated in the heat exchanger, the pump circuit need not only be operated at intervals, typically only when the temperature of the liquid heated by the heat of compression in the container has fallen below a lower threshold to warm them up again to their upper threshold temperature. Thus, the provision of the heat exchanger circuit for conveying heated liquid through the heat exchanger not only has advantages in terms of improved heat transfer, but also in terms of exploiting the heat generated by the operation of the pump circuit. To remove heat from the liquid, only the heat exchanger circuit needs to work. However, a circulating pump used for this purpose, for example, operates with considerably less energy compared with that required for the pump circuit. In other words, the storage capacity provided by the liquid used for the recovery of the heat of compression is used as a whole, at least as far as possible, and not only locally with the pump circuit switched off. Thus, in this thermal power plant also determines the amount of liquid contained in the pump circuit, the heat exchanger circuit and in the liquid container, the heat storage capacity, the frequency with which the pump of the pump circuit to raise the temperature of the liquid in the liquid container must be operated. Liquid contained in the liquid container thus has a uniform temperature distribution, regardless of the operation of the pump circuit. As a heat exchanger, for example, a plate heat exchanger can be used.
Die Durchmischung der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit durch den Betrieb des Wärmetauscherkreises wird unterstützt davon, dass auf der einen Seite Flüssigkeit angesaugt und auf der anderen Seite Flüssigkeit ausgestoßen wird und dadurch innerhalb des Flüssigkeitsbehälters eine für die Durchmischung gewünschte Umwälzströmung rascher ausgebildet wird.The mixing of the liquid contained in the liquid container by the operation of the heat exchanger circuit is supported, that liquid is sucked in on one side and liquid is ejected on the other side, thereby forming a circulation flow which is desired for the mixing within the liquid container more rapidly.
Zum Erzielen einer besonders wirksamen Durchmischung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Ansaugöffnung des Wärmetauscherkreises und die auslaufseitige Öffnung desselben mit einem zum Ausbilden der gewünschten Umsetzung ausreichend großen Abstand zueinander bezogen auf die Länge bzw. den Durchmesser des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind und/oder strömungstechnisch so ausgerichtet sind, dass sich die gewünschte Umwälzung einstellt. Die Ansaugöffnung und die auslaufseitige Öffnung müssen nicht notwendigerweise die körperliche Ansaugöffnung und Auslauföffnung des Wärmetauschers selbst bezüglich dieses Wärmetauscherkreises sein. Vielmehr wird man bevorzugt an den körperlichen Ansaugstutz des Wärmetauschers sowie an den auslaufseitigen Stutzen jeweils ein Rohrstück oder ein Schlauchstück anschließen, um die in Bezug auf die Durchmischung relevanten Öffnungen des Wärmetauscherkreises an die diesbezüglich vorgesehenen Positionen innerhalb des Flüssigkeitsbehälters anordnen zu können. Ausgenutzt werden kann auch der Pralleffekt von Wänden des Flüssigkeitsbehälters dergestalt, dass die auslaufseitige Öffnung des Wärmetauscherkreises in einem bestimmten Winkel zur benachbarten Wand des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein kann, um auf diese Weise das Ausbilden der Umwälzströmung zu unterstützen.To achieve a particularly effective mixing is provided according to an embodiment that the suction of the heat exchanger circuit and the outlet side opening thereof with a sufficiently large to form the desired implementation distance to each other with respect to the length or the diameter of the liquid container are arranged and / or fluidically so are aligned that sets the desired circulation. The suction port and the discharge port do not necessarily have to be the physical suction port and discharge port of the heat exchanger itself with respect to this heat exchange circuit. Rather, it is preferable to connect to the physical Ansaugstutz the heat exchanger and the outlet side nozzle in each case a piece of pipe or a piece of tubing in order to arrange the relevant with respect to the mixing openings of the heat exchanger circuit to the appropriate positions within the liquid container. Can also be exploited the impact effect of walls of the liquid container such that the outlet-side opening of the heat exchanger circuit can be arranged at a certain angle to the adjacent wall of the liquid container to assist in this way, the formation of the recirculation flow.
Neben dem vorbeschriebenen offenen Wärmetauscherkreis, in den die in dem Flüssigkeitsbehälter befindliche, durch die Kompressionswärme unmittelbar erwärmte Flüssigkeit eingebunden ist, durchströmt den Wärmetauscher ein zweiter Wärmetauscherkreis, in dem das zu erwärmende Fluid, beispielsweise Brauchwasser, etwa das Wasser für eine Gebäudeheizungsinstallation gefördert wird. Bei der Konzeption dieser Wärmekraftanlage braucht das zu erwärmende Brauchwasser aufgrund des Vorhandenseins der in dem Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit als Wärmespeicher keinen eigenen Wärmespeicher. Daher kann dieser Wärmetauscherkreis unmittelbar in eine Brauchwassereinrichtung, beispielsweise an den Vor- und Rücklauf einer Heizungsanlage eingeschaltet sein. Im Falle des Anschließens der Wärmekraftanlage mit seinem der zu erwärmenden Flüssigkeit zugeordneten Wärmetauscherkreis an eine Gebäudeheizungsinstallation stellt der die nach Durchströmen des Wärmetauschers erwärmte Flüssigkeit ausgebende Ausgang des Wärmetauschers den Vorlauf und der Eingang dieses Wärmetauscherkreises den Rücklauf dar.In addition to the above-described open heat exchanger circuit in which the located in the liquid container, by the heat of compression directly heated liquid is involved, flows through the heat exchanger, a second heat exchanger circuit in which the fluid to be heated, such as service water, such as the water is promoted for a building heating installation. In the design of this thermal power plant needs to be heated hot water due to the presence of the liquid contained in the liquid container as a heat storage no own heat storage. Therefore, this heat exchanger circuit can be switched directly into a service water device, for example, to the flow and return of a heating system. In the event of connecting the thermal power plant with its associated heat to be heated heat exchanger circuit to a building heating installation of the heated after flowing through the heat exchanger fluid output of the heat exchanger, the flow and the input of this heat exchanger circuit is the return.
Als Flüssigkeit des Pumpenkreislaufes wird typischerweise ein Öl verwendet. Eingesetzt werden können beispielsweise Hydrauliköle oder Öle die als so genannte Thermoöle bezeichnet werden. Bei der Wahl des zu verwendenden Öles - gleiches gilt für unter Umständen andere eingesetzte Flüssigkeiten auch - wird man ein solches Öl einsetzen, welches auch bei der vorgesehenen erwärmten Temperatur noch eine ausreichende Viskosität aufweist, damit der zur Erzeugung der Kompressionswärme benötigte Druck pumpenseitig aufgebaut werden kann. Der Pumpenkreis dieser Wärmekraftanlage wird mit Drücken von 250 bar oder mehr betrieben. In Abhängigkeit von der Pumpenleistung können auch Drücke von 450 bar oder mehr realisiert werden. Als Pumpen zum Betrieb des Pumpenkreises werden typischerweise Zahnradpumpen oder Kolbenpumpen verwendet, die elektromotorisch angetrieben sind. Auch ein Einsatz von Flügelzellenpumpen ist möglich. Soll der Pumpenkreis mit sehr hohem Druck betrieben werden, wird man hierfür bevorzugt Kolbenpumpen verwenden.As the fluid of the pump circuit, an oil is typically used. For example, hydraulic oils or oils, which are referred to as thermal oils, can be used. When choosing the oil to be used - the same applies to other liquids used under certain circumstances - you will use such an oil, which even at the intended heated temperature still has sufficient viscosity so that the pressure required to generate the heat of compression can be constructed on the pump side , The pump circuit of this thermal power plant is operated at pressures of 250 bar or more. Depending on the pump capacity, pressures of 450 bar or more can be realized. As pumps for operating the pump circuit typically gear pumps or piston pumps are used, which are driven by an electric motor. It is also possible to use vane pumps. If the pump circuit is to be operated at very high pressure, piston pumps will preferably be used for this purpose.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist an den Ausgang der Drossel eine Fallleitung angeschlossen, durch die die erwärmte Flüssigkeit, beispielsweise das erwärmte Öl bis in den Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters gefördert wird. Dieses hat zum Vorteil, dass das aus dem Pumpenkreis austretende Öl bzw. deren kinetische Energie ebenfalls zur Durchmischung der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Flüssigkeit beiträgt bzw. den Umwälzprozess, erzeugt durch den Betrieb des Wärmetauscherkreises, unterstützt. Die Fallleitung kann in einen Verteiler münden, so dass die durch den Pumpenkreis geförderte, erwärmte Flüssigkeit an mehreren Stellen im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters austritt. Hierdurch erfolgt eine raschere Durchmischung der aus der Fallleitung relativ wärmeren erwärmten Flüssigkeit mit der in dem Flüssigkeitsbehälter befindlichen.According to one embodiment, a down pipe is connected to the outlet of the throttle, through which the heated liquid, for example, the heated oil is conveyed into the region of the bottom of the liquid container. This has the advantage that the oil emerging from the pump circuit or its kinetic energy also contributes to the mixing of the liquid contained in the liquid container or supports the circulation process, generated by the operation of the heat exchanger circuit. The downpipe may open into a distributor, so that the heated liquid conveyed through the pump circuit exits at several points in the region of the bottom of the liquid container. This results in a faster mixing of the warmer liquid, which is relatively warmer from the downpipe, with that in the liquid container.
Zur weiteren Optimierung der Wärmekraftanlage ist es zweckmäßig, den Flüssigkeitsbehälter und auch den Deckel nach außen hin gegenüber einem Wärmeverlust zu isolieren. Derartige wärmeisolierungstechnische Maßnahmen sind hinlänglich bekannt. Zudem kann es vorteilhaft sein, die Pumpenantriebe, die typischerweise durch Elektromotoren realisiert sein dürften, gegenüber Schall zu kapseln. Die Geräuschentwicklung einer solchen in Betrieb befindlichen Wärmekraftanlage kann dann unter derjenigen eines herkömmlichen Brenners, der bei Heizungssystem eingesetzt ist, liegen.To further optimize the thermal power plant, it is expedient to Liquid container and also the cover to the outside to insulate against heat loss. Such thermal insulation measures are well known. In addition, it may be advantageous to encapsulate the pump drives, which are likely to be realized by electric motors, with respect to sound. The noise level of such a thermal power plant in operation may then be lower than that of a conventional burner used in heating systems.
Die Wärmekraftanlage kann für unterschiedliche Zwecke verwendet werden, je nachdem, welchem Kreislauf der in dem Flüssigkeitsbehälter angeordnete Wärmetauscher zugeordnet ist. So eignet sich diese Wärmekraftanlage zum Einsatz im Rahmen einer sanitären Gebäudeinstallation zum Bereitstellen von Warmwasser, sei es für Heizungszwecke oder zum Gebrauch. Die Wärmekraftanlage kann ebenfalls im Zusammenhang mit einer Kühleinrichtung, beispielsweise im Rahmen einer Gebäudeklimatisierung, bei Großkühlräumen oder Kühltheken eingesetzt werden. In einem solchen Fall wird durch den Wärmetauscher das für diese Zwecke eingesetzte Fluid erwärmt (verdampft) und dadurch in seine gasförmige Phase gebracht, damit dieses an anderer Stelle wiederum in einem Wärmetauscher kondensiert und in diesem Zuge Wärme aus der Umgebung aufnimmt und diese sodann kühlt.The thermal power plant can be used for different purposes, depending on which circuit is associated with the arranged in the liquid container heat exchanger. Thus, this thermal power plant is suitable for use in the context of a sanitary building installation for the provision of hot water, either for heating purposes or for use. The thermal power plant can also be used in connection with a cooling device, for example in the context of a building air conditioning, large refrigerators or refrigerated counters. In such a case, the fluid used for this purpose is heated (vaporized) by the heat exchanger and thereby brought into its gaseous phase so that it condenses elsewhere in a heat exchanger and in this case absorbs heat from the environment and then cools them.
Bei der beschriebenen Wärmekraftanlage können in dem Flüssigkeitsbehälter ein oder auch mehrere Wärmetauscher angeordnet sein. Somit ist es möglich, mit ein und demselben Pumpenkreislauf Fluide unterschiedlicher Installationen, die zu diesem Zweck durch unterschiedliche in dem Flüssigkeitsbehälter befindliche Wärmetauscher geführt werden, zu erwärmen.In the heat power plant described one or more heat exchangers may be arranged in the liquid container. Thus, it is possible to heat with the same pump circuit fluids of different installations, which are guided for this purpose by different located in the liquid container heat exchanger.
Soll eine solche Wärmekraftanlage mit einem größeren Flüssigkeitsbehälter ausgelegt werden, ist es ebenfalls möglich, mehrere Pumpenkreise vorzusehen, über die Kompressionswärme erzeugt werden kann. Jedem Pumpenkreis ist eine eigenständige Pumpe zugeordnet. Die Pumpenkreise können gleichzeitig oder auch unabhängig voneinander betrieben werden. Auch ist es möglich, mit einer dem Pumpenkreis zugehörigen Pumpe mehrere parallel zueinander angeordnete Drosseln mit Öl zu beschicken oder auch in einem Pumpenkreis mehrere hintereinander geschaltete Pumpen anzuordnen.If such a thermal power plant to be designed with a larger liquid container, it is also possible to provide a plurality of pump circuits, can be generated via the heat of compression. Each pump circuit is assigned a separate pump. The pump circuits can be operated simultaneously or independently of each other. It is also possible to feed a plurality of mutually parallel throttles with oil with a pump associated pump or to arrange several pumps connected in series in a pump circuit.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1:
- in einer schematisierten Darstellung eine Wärmekraftanlage, ge- zeigt in einem Längsschnitt durch einen der Wärmekraftanlage zugehörige Flüssigkeitsbehälter und
- Fig. 2:
- eine Wärmekraftanlage in einer schematisierten Darstellung ent- sprechend derjenigen der
Figur 1 gemäß einem weiteren Ausfüh- rungsbeispiel.
- Fig. 1:
- in a schematic representation of a thermal power plant, shown in a longitudinal section through a thermal power plant associated liquid container and
- Fig. 2:
- a thermal power plant in a schematic representation corresponding to those of
FIG. 1 according to another embodiment.
Eine Wärmekraftanlage 1 umfasst einen Flüssigkeitsbehälter 2. Der Flüssigkeitsbehälter 2 ist oberseitig durch einen Deckel 3 verschlossen. Der Flüssigkeitsbehälter 2 und der Deckel 3 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Wärmeisolationsgründen zweischalig aufgebaut. Der Flüssigkeitsbehälter 2 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Hydrauliköl 4 ist. Der Füllstand bzw. der Flüssigkeitsspiegel ist in dieser Figur mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet. Das Öl wird zum Generieren von Kompressionswärme durch einen Pumpenkreis 5 gefördert. Dem Pumpenkreis 5 zugehörig ist eine durch einen Elektromotor 6 angetriebene Hydraulikpumpe 7, die über einen Saugeinlass 8 Öl 4 aus dem Flüssigkeitsbehälter 2 ansaugt und über eine Druckleitung 9 einer im Übrigen nicht näher dargestellten Drossel 10 zuführt. Bei der Drossel 10 handelt es sich um ein Bauteil, in dem das über die Druckleitung 9 geförderte Öl 4 komprimiert und dadurch erwärmt wird. Somit handelt es sich um ein Bauteil zum Reduzieren der freien Strömungsquerschnittsfläche der Druckleitung 9 zum Erzielen der gewünschten Komprimierung und der damit verbundenen Wärmebildung (Kompressionswärme). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drossel 10 bezüglich ihres Durchströmungsquerschnitts einstellbar. An den Ausgang der Drossel 10 ist eine Fallleitung 11 angeschlossen, über die das erwärmte Öl 4 bis in den Bereich des Bodens 12 des Flüssigkeitsbehälters 2 gefördert wird. Die Fallleitung 11 mündet in einen Verteiler 13, über den das erwärmte Öl über eine gewisse Erstreckung des Bodens verteilt in den Flüssigkeitsbehälter 2 eingebracht wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Verteiler 13 um ein endseitig verschlossenes Rohrstück, in dessen Oberseite mehrere Ölaustrittsbohrungen 14 eingebracht sind.A
In die Druckleitung 9 des dargestellten Ausführungsbeispiels sind ein Ölfilter 15 sowie ein Manometer M als Drucksensor eingeschaltet. Der Ölfilter 15 ist von der Oberseite des Deckels 3 her zugänglich. Durch den Ölfilter 15 soll ein unerwünschtes Verstopfen der Drossel 10 vermieden werden. Das Manometer M dient zum Überwachen des Betriebs des Pumpenkreises 5.In the
Zum Steuern des Pumpenkreises 5 dient ein Steuergerät 16. Als Sensor ist an das Steuergerät 16 ein Temperaturfühler 17 angeschlossen, der die Temperatur des Öls 4 in dem Flüssigkeitsbehälter 2 erfasst. Der Elektromotor 6 ist über eine Signalleitung 18 an das Steuergerät 16 angeschlossen. Über eine weitere Signalleitung 19 ist die hinsichtlich ihrer durchströmbaren Querschnittsfläche einstellbare Drossel 10 an das Steuergerät 16 angeschlossen. In Abhängigkeit von der erfassten Temperatur und ggf. von weiteren Eingangsgrößen (in der Figur nicht dargestellt, wie beispielsweise ein Druckmesssignal des Manometers M) wird durch das Steuergerät 16 der Elektromotor 6 zum Antreiben der Hydraulikpumpe 7 angesteuert. Die Hydraulikpumpe 7 ist ausgelegt, in der Druckleitung 9 einen Betriebsdruck von 250 bar und mehr aufzubauen, welcher Druck eingangsseitig an der Drossel 10 ansteht. Der Pumpenkreis 5 arbeitet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem vorgenannten Betriebsdruck. Der Querschnitt der Drossel 10 wird eingestellt, um den Druck und somit die zu generierende Kompressionswärme zu bestimmen. Ist die Wärmekraftanlage 1 nach einer ersten Installation eingestellt, braucht grundsätzlich der Drosselquerschnitt nicht mehr geändert zu werden. Das Manometer 11 kann ebenfalls an das Steuergerät 16 angeschlossen sein. Wird über das Manometer M ein zu hoher Druck innerhalb der Druckleitung 9 detektiert, kann dieses die Folge einer Verstopfung der Drossel 10 sein. Entsprechend kann dann von dem Steuergerät 16 die Drossel 10 zum Erweitern ihres Querschnittes angesteuert werden, um auf diese Weise eine Verschmutzung herauszuspülen. Anschließend wird die Drossel 10 wieder auf ihren zum Generieren der Kompressionswärme vorgesehenen Querschnitt eingestellt. In gleicher Weise kann eine Einstellung und/oder Überwachung eines Sicherheitsventiles vorgenommen werden.For controlling the
Bei dem in
Dem Pumpenkreis 5 der Wärmekraftanlage 1 ist ferner ein in den Figuren nicht dargestelltes Überdruckventil als Sicherheitsventil zugeordnet. Ein solches Sicherheitsventil kann hinsichtlich des Überdruckschwellwertes einstellbar ausgestaltet sein. Ein solche Einstellbarkeit kann mittels eines ansteuerbaren Aktors erfolgen, der wiederum von dem Steuergerät 16 angesteuert wird. Bei einem Erhöhen des Betriebsdruckes wird dann entsprechend auch der.Überdruckschwellwert des Sicherheitsventils verstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sicherheitsventil nicht einstellbar und Teil der Drossel 10 und öffnet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei 280 bar. Angeschlossen an dieses Sicherheitsventil ist eine Bypass-Leitung über die das durch das Überdruckventil strömende Öl 4 in den Flüssigkeitsbehälter 2 zurückgeführt wird.The
In den Flüssigkeitsbehälter 2 ist ein Plattenwärmetauscher 20 eingesetzt. Der Wärmetauscher 20 ist vollständig in das in den Flüssigkeitsbehälter 2 befindliche Öl 4 eingetaucht. Der Plattenwärmetauscher 20 ist eingeschaltet einerseits in einen ersten Wärmetauscherkreis 21. Durch diesen ersten Wärmetauscherkreis 21 wird das in dem Flüssigkeitsbehälter 2 befindliche, durch den Pumpenkreis 5 erwärmte Öl gefördert. Der Wärmetauscherkreis 21 umfasst eine Tauchpumpe 22, die durch einen Elektromotor 23 angetrieben ist. An den Ausgang der Tauchpumpe 22, aus der das bei einem Betrieb derselben geförderte Öl austritt, ist eine Druckleitung 24 und diese wiederum an den einen Eingang des Plattenwärmetauschers 20 angeschlossen. Dem Wärmetauscherkreis 21 zugehörig ist ferner ein Auslaufrohr 25, das an den Ausgang dieses dem Wärmetauscherkreis 21 zugehörigen Durchströmungspfades des Wärmetauschers 20 angeschlossen ist. Die Tauchpumpe 22 und die auslaufseitige Öffnung des Auslaufrohres 25 sind bezogen auf die in
Der Plattenwärmetauscher 20 ist mit seinem zweiten Durchströmungspfad in einen zweiten Wärmetauscherkreis eingeschaltet. Dieser zweite Wärmetauscherkreis ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Teil einer in den Figuren nicht näher dargestellten Heizungsinstallation eines Gebäudes. Der Vorlauf 26, mit dem erwärmtes Wasser den Heizkörpern der Heizeinrichtung zugeführt werden soll, ist an den diesbezüglichen Ausgang des Plattenwärmetauschers 20 angeschlossen. An den Eingang des zweiten Wärmetauscherkreises ist der Rücklauf 27 der Heizeinrichtung angeschlossen. Bei dem Plattenwärmetauscher 20 des dargestellten Ausführungsbeispiels handelt es sich um einen Gegenströmer.The
Die Wärmekraftanlage 1 arbeitet wie folgt:
- In einem ersten Aufwärmschritt wird die Hydraulikpumpe 7 des Pumpenkreises 5 betrieben und zwar so lange,
bis das Öl 4 indem Flüssigkeitsbehälter 2 eine in Abhängigkeit von der benötigten Wärme voreingestellte Temperatur erreicht hat. Diese kann je nach Einsatzzweck der Wärmekraftanlage zwischen beispielsweise 60°C und 110°C liegen. Aufgrund der Wärmeisolierung desFlüssigkeitsbehälters 2 vermag die auf diese Weise bereitgestellte Wärme über einen langen Zeitraum indem Flüssigkeitsbehälter 2 zu verbleiben, wenn die Wärme nicht überden Wärmetauscher 20 abgezogen wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich indem Flüssigkeitsbehälter 2 etwa 60 Liter Öl, so dass durch diese Menge ein nicht unerheblicher Wärmespeicher bereitgestellt ist. In Abhängigkeit von der überden Wärmetauscher 20 dem indem Flüssigkeitsbehälter 2 enthaltenenÖl 4 entnommenen Wärme sinkt die Temperatur des Öls 4 indem Flüssigkeitsbehälter 2.Das Steuergerät 16 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dergestalt programmiert, dass ein Absinken der Temperatur des Öls 4 indem Flüssigkeitsbehälter 2 unter einen bestimmten unteren Schwellwert toleriert wird, bevor die Hydraulikpumpe 7 zum Betreiben des Pumpenkreises 5 zum Generieren neuer Kompressionswärme eingeschaltet wird. Erreicht das indem Flüssigkeitsbehälter 2befindliche Öl 4die am Steuergerät 16 voreingestellte Temperatur wird die Hydraulikpumpe 7 bzw. der die Hydraulikpumpe 7treibende Elektromotor 6 abgeschaltet.Der Pumpenkreis 5 wird somit in Abhängigkeit von der entnommenen Wärme betrieben. Da bei einem Betrieb des Pumpenkreises 5das Öl 4 indem Flüssigkeitsbehälter 2 rascher erwärmt wird als dieses überden Plattenwärmetauscher 20 abgezogen werden kann, wird der Pumpenkreis 5 diskontinuierlich betrieben.
- In a first warm-up step, the hydraulic pump 7 of the
pump circuit 5 is operated until theoil 4 in theliquid container 2 has reached a preset temperature as a function of the required heat. Depending on the intended use of the thermal power plant, this can be between, for example, 60.degree. C. and 110.degree. Due to the thermal insulation of theliquid container 2, the heat provided in this way can remain in theliquid container 2 for a long period of time, if the heat is not withdrawn via theheat exchanger 20. In the illustrated embodiment, there are about 60 liters of oil in theliquid container 2, so that a not inconsiderable heat storage is provided by this amount. The temperature of theoil 4 in theliquid container 2 decreases depending on the heat extracted via theheat exchanger 20 from theoil 4 contained in theliquid container 2. Thecontrol unit 16 is programmed in the illustrated embodiment such that a drop in the temperature of theoil 4 in theLiquid tank 2 is tolerated below a certain lower threshold before the hydraulic pump 7 is turned on to operate thepump circuit 5 to generate new heat of compression. If theoil 4 present in theliquid container 2 reaches the preset temperature at thecontrol unit 16, the hydraulic pump 7 or theelectric motor 6 driving thehydraulic pump 6 is switched off. Thepump circuit 5 is thus dependent on the taken heat removed. Since, during operation of thepump circuit 5, theoil 4 in theliquid container 2 is heated more rapidly than can be withdrawn via theplate heat exchanger 20, thepump circuit 5 is operated discontinuously.
Bei einem Betrieb der Wärmekraftanlage 1 erfolgt die Steuerung des Pumpenkreises 5 unabhängig von der Steuerung des ersten Wärmetauscherkreises 21, mit dem das durch den Pumpenkreis 5 erwärmte Öl 4 durch den Wärmetauscher 20 gefördert wird. Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmetauscher 20 unmittelbar in den Vor- und Rücklauf 26, 27 einer Gebäudeheizung eingeschaltet ist, wird der erste Wärmetauscherkreis 21 kontinuierlich betrieben. Folglich treibt bei einem Heizbetrieb der Elektromotor 23 die Tauchpumpe 22 ununterbrochen an.During operation of the
Durch die Anordnung des Wärmetauschers 20 in der in
Der Flüssigkeitsbehälter 2 ist quasi vollständig mit Öl 4 befüllt. Der Deckel 3 verfügt über eine Entlüftungsöffnung E. Vorhandenes Wasser, beispielsweise Kondenswasser kann ohne weiteres aus der Entlüftungsöffnung 23 heraus verdampfen. Mit Ausnahme des Plattenwärmetauschers 20 sind sämtliche Aggregate an dem Deckel 3 angeordnet. Durch Entfernen des Deckels 3 erhält man daher Zugang zu sämtlichen Aggregaten. - - Zur erleichterten Abnahme des Deckels 3 mit den daran befindlichen Aggregaten ist die die Tauchpumpe 22 mit dem Plattenwärmetauscher 20 verbindende Druckleitung 24 flexibel oder weist einen flexiblen Abschnitt auf.The
In einer Weiterbildung der vorbeschriebenen Wärmekraftanlage ist vorgesehen, in den Flüssigkeitsbehälter 2 mehrere Wärmetauscher, vorzugsweise in einer parallelen Anordnung zueinander einzubringen, die derselben oder auch unterschiedlichen Installationen zugehörig sind. Auf diese Weise kann mit einer _einzigen Wärmekraftanlage Wärme beispielsweise nicht nur für eine Heizung, sondern auch Warmwasser für den Gebrauch und/oder eine Klimatisierungsanlage betrieben werden.In a further development of the above-described thermal power plant is provided in the
Die Pumpe kann mit dem Ventilaggregat bzw. einer Drossel eine bauliche Einheit ausbilden. Diese kann auch seitlich bezüglich des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein. Bildet das Ventilaggregat oder die Drossel mit der Pumpe eine bauliche Einheit, kann es zweckmäßig sein, diesen Block flüssigkeitsbedeckt innerhalb des Flüssigkeitsbehälters anzuordnen. Dieses hat zum Vorteil, dass Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert sind. Des Weiteren hat das Anordnen des Druckteils innerhalb der Flüssigkeit sicherheitstechnische Vorteile.The pump can form a structural unit with the valve unit or a throttle. This can also be arranged laterally with respect to the liquid container. Forms the valve unit or throttle with the Pump a structural unit, it may be appropriate to arrange this block liquidbed within the liquid container. This has the advantage that heat losses are reduced to a minimum. Furthermore, arranging the pressure part within the fluid has safety advantages.
Mit dem Manometer 30 als Drucksensor kann ein ordnungsgemäßer Betrieb der Drossel 10' überwacht werden. Ist die Pumpe außer Betrieb, müsste die dem Rückschlagventil 29 nachgeschaltete Förderstrecke der Druckleitung 9' drucklos werden, mithin müsste ein erkennbarer Druckabfall feststellbar sein. Erfolgt dieses nicht, lässt dieses auf einen Drosseldefekt schließen. Ist eine solche Überwachung gewünscht, ist das Manometer 30 an das Steuergerät 16' angeschlossen.With the
In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausgestaltung einer Wärmekraftanlage mündet das der Drossel nachgeschaltete Auslaufrohr unmittelbar in die Druckleitung des durch die Tauchpumpe geförderten Wärmetauscherkreises.In an embodiment, not shown in the figures, of a thermal power plant, the outlet pipe connected downstream of the throttle opens directly into the pressure line of the heat exchanger circuit conveyed by the submersible pump.
- 1, 1'1, 1 '
- WärmekraftanlageThermal power plant
- 2, 2'2, 2 '
- Flüssigkeitsbehälterliquid container
- 33
- Deckelcover
- 4, 4'4, 4 '
- Hydraulikölhydraulic oil
- 5, 5'5, 5 '
- Pumpenkreispump circuit
- 66
- Elektromotorelectric motor
- 7, 7'7, 7 '
- Hydraulikpumpehydraulic pump
- 88th
- Saugeinlasssuction inlet
- 9, 9'9, 9 '
- Druckleitungpressure line
- 10, 10'10, 10 '
- Drosselthrottle
- 1111
- Fallleitungpenstock
- 1212
- Bodenground
- 1313
- Verteilerdistributor
- 1414
- ÖlaustrittsbohrungOil outlet bore
- 1515
- Ölfilteroil filter
- 16, 16'16, 16 '
- Steuergerätcontrol unit
- 1717
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 1818
- Signalleitungsignal line
- 1919
- Signalleitungsignal line
- 20, 20'20, 20 '
- PlattenwärmetauscherPlate heat exchanger
- 21, 21'21, 21 '
- erster Wärmetauscherkreisfirst heat exchanger circuit
- 22, 22'22, 22 '
- Tauchpumpesubmersible pump
- 2323
- Elektromotorelectric motor
- 24, 24'24, 24 '
- Druckleitungpressure line
- 25, 25'25, 25 '
- Auslaufrohroutlet pipe
- 2626
- Vorlaufleader
- 2727
- Rücklaufreturns
- 2828
- Sicherheitsventilsafety valve
- 2929
- Rückschlagventilcheck valve
- 3030
- Drucksensor, ManometerPressure sensor, pressure gauge
- 3131
- Auslaufrohroutlet pipe
- Ee
- Entlüftungsöffnungvent
- FF
- Flüssigkeitsspiegelliquid level
- MM
- Manometer/DrucksensorManometer / pressure sensor
Claims (17)
- Thermal power plant having a device for generating compression heat, said thermal power plant comprising a pump circuit (5, 5') with a pump (7, 7') for conveying a liquid, in particular oil (4) through a throttle (10, 10'), and with a heat exchanger (20, 20') for transferring heat from the heated liquid to a fluid to be heated and conveyed through the heat exchanger (20, 20'), wherein the plant (1, 1') comprises a liquid container (2, 2') and the pump circuit (5, 5') is realized as an open circuit by the liquid to be pumped through the throttle (10, 10') being removed from the liquid container (2, 2') and the heated liquid conveyed through the throttle (10, 10') being returned into the liquid container (2, 2'), characterized in that the heat exchanger (20, 20') is situated in the liquid container (2, 2') covered by liquid and is switched into a heat exchanger circuit (21, 21'), realized as an open circuit, by way of a pump (22, 22') to convey liquid (4, 4') heated by the pump circuit (5, 5') through the heat exchanger (20, 20'), wherein the intake opening situated in the liquid container and the outlet-side opening of the heat exchanger (21, 21') are located so that the liquid (4, 4') situated in the liquid container (2, 2') is mixed thoroughly by the operation of the pump (22, 22') of the heat exchanger circuit (21, 21').
- Thermal power plant according to Claim 1, characterized in that the intake opening and the outlet-side opening in the heat exchanger circuit (20, 20') are located in the region of oppositely situated walls or wall sections with reference to the length or the diameter of the liquid container (2, 2').
- Thermal power plant according to Claim 1 or 2, characterized in that the pump (7, 7') of the pump circuit (5, 5') and the pump (22, 22') of the heat exchanger circuit (21, 21') are actuatable independently of one another.
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger is a plate heat exchanger (20, 20').
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a fall pipe (11) is connected to the throttle (10) on the outlet side, said fall pipe opening out into the liquid container (2) in the region of the bottom (12) of said liquid container.
- Thermal power plant according to Claim 5, characterized in that the fall pipe (11) opens out into a distributor (13) from which the heated liquid emerges along a certain planar extension and enters the liquid container (2).
- Thermal power plant according to Claim 6, characterized in that the distributor (13) is a pipe section that is closed at the end and has a plurality of outlet bores (14) introduced into said pipe section at the top.
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 7, characterized in that a hydraulic pump (7, 7'), for instance a piston pump, gear pump or sliding vane pump is used to convey the liquid (4, 4').
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the throttle (10, 10') through which the liquid of the pump circuit (5, 5') is conveyed, is adjustable with regard to its opening width.
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 9, characterized in that a filter (15) is located in a pressure line (9) extending between the pump (7) of the pump circuit (5) and the throttle (10).
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 10, characterized in that a safety relief valve (28), a non-return valve (29) and a pressure measuring device (30) are located in a pressure line extending between the pump (7') of the pump circuit (5') and the throttle (10') in the conveying direction of the oil (4).
- Thermal power plant according to Claim 10 or 11, characterized in that the pump (7') of the pump circuit (5'), the pressure line (9') including the units (28, 29, 30) inserted therein, where applicable, as well as the throttle (10') are located in the liquid container covered by liquid.
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the plant (1, 1') has associated therewith a control device (16, 16') for controlling the pump (7, 7') of the pump circuit (5, 5') as a function of the temperature of the liquid (4, 4') situated in the liquid container (2, 2').
- Thermal power plant according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the pump (7, 7') of the pump circuit (5, 5') and the pump (22, 22') of the heat exchanger circuit (21, 21') are driven in an electromotive manner.
- Method for generating compression heat by way of a liquid pumped through a throttle (10, 10') into a liquid container (2, 2') and for transferring the generated compression heat to a fluid to be heated, characterized in that for transferring heat from the liquid heated by compression to the fluid to be heated, a first heat exchanger circuit (21, 21'), which is designed as an open heat exchanger circuit, is operated for conveying the heated liquid (4, 4') and a second heat exchanger circuit is operated for conveying the fluid to be heated, both of which heat exchanger circuits are charged for transferring heat from the liquid of the first heat exchanger circuit (21, 21') to the fluid of the second heat exchanger circuit through a heat exchanger (20, 20') and the charging of the first heat exchanger circuit (21, 21') is effected in such a manner that by means of the operation of taking-in liquid from the liquid container (2, 2') and returning the same into the liquid container (2, 2'), the liquid heated by the compression heat is thoroughly mixed during the operation of said heat exchanger circuit (21, 21').
- Method according to Claim 15, characterized in that the thorough mixing of the liquid heated by the compression heat is effected during the course of a circulating process generated by the operation of the first heat exchanger circuit.
- Method according to Claim 15 or 16, characterized in that the circulating flow achieved within the course of the thorough-mixing is realized as a turbulent flow.
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