EP2487425B1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Warmwasser - Google Patents

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EP2487425B1
EP2487425B1 EP11009392.9A EP11009392A EP2487425B1 EP 2487425 B1 EP2487425 B1 EP 2487425B1 EP 11009392 A EP11009392 A EP 11009392A EP 2487425 B1 EP2487425 B1 EP 2487425B1
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EP
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pump
heat
heat exchanger
heating circuit
heating
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EP2487425A3 (de
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Armin Marko
Mohamed Baali
Pierre Bequet
Thomas Merscheim
Wilfried Golüke
Kai Dr. Schiefelbein
Johannes Dr. Brugmann
Michael Schaumlöffel
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Wilo SE
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Wilo SE
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • 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
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • 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
    • 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
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply

Definitions

  • the invention relates to a device for generating hot water for heating and service water purposes in buildings with a heat pump, is removed by the heat of the environment, the heat pump of the environment in particular the exhaust air, the ambient air, geothermal and / or groundwater heat over a removes the first heat exchanger and increases in temperature via a second heat exchanger feeds a pump having a heating circuit, is fed through the heat to the heating surfaces and the service water.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned above with small outer dimensions, lower weight, lower cost and easy installation.
  • the invention integrates additional functions in the pump housing and avoids the copper tube by a direct connection of the pump housing with the plate heat exchanger.
  • the heat exchanger of a heat pump is the "primary heat exchanger" because it gets the calories from the condensing refrigerant of the heat pump.
  • the corresponding medium flow must flow from top to bottom.
  • the central heating water must therefore flow countercurrently from bottom to top in the plate heat exchanger.
  • the plate heat exchanger is mounted on the heat pump and the circulation pump is mounted upside down, that is, it pumps the heating water into the lower connection of the plate heat exchanger.
  • An important step of the invention is therefore a direct connection from the pressure side of the pump housing to Plate heat exchanger. In known boilers, however, the plate heat exchanger is mounted on the suction side of the pump housing.
  • the pump housing is connected to the plate heat exchanger by a clip attached to a male metal joint of the plate heat exchanger.
  • the pressure side of the pump housing is provided with a drain valve to drain the heating water at the lowest point of the pump housing.
  • the drain valve is designed to open and close a quarter turn and provides easy opening and a cost and space saving connection.
  • the device for generating hot water for heating and domestic purposes in buildings has a heat pump with a recirculated in a circuit 1 by a compressor 2 fluid, wherein in the circuit 1, a heat from an environmental circuit 3 receiving the first heat exchanger I, the heat a heating circuit 5 dispensing second heat exchanger II and located between the heat exchangers throttle. 7 are arranged.
  • the first heat exchanger I works as an evaporator and the second heat exchanger II as a condenser.
  • the guided through the first heat exchanger I environmental circuit 3 has a pump 8, which circumscribes the fluid in the environmental circuit 3, wherein the environmental cycle coils 9 and a heat exchanger, by / the heat from the environment, d. H. is taken from the ambient air, the soil, the groundwater or from the exhaust air of a building.
  • the guided through the second heat exchanger II heating circuit 5 has a heating water circulating pump 10 and is guided by heating surfaces forming convectors (radiators, floor heating 11), which heat a building. Further, a second heating circuit 12 is branched off at the heating circuit 5 as a bypass, which runs with a pipe coil 13 through a drinking water tank 14.
  • the pump 10 of the heating circuit 5 is connected with its outlet port 10a directly without an intermediate line at the inlet IIa of the side wall IIb of the second heat exchanger II, so that the second heat exchanger II and the pump 10 form a compact unit, as Fig. 2 shows.
  • a secure hold of the pump 10 on the heat exchanger II is given by the fact that on the side wall IIb a bolt B projects, on which a protruding on the pump housing sheet metal part 10b is screwed.
  • the direct attachment of the pump to the heat exchanger wall IIb can also be done by latching form-fitting, in particular by a clip.
  • a transmission of vibrations generated by the pump 10 to the second heat exchanger II is prevented by a damping element between the attachment of the pump and the heat exchanger.
  • a drain valve 16 is connected as a drain cock on the pressure side of the pump.
  • the heat pump 1, 2 7 is arranged with the two heat exchangers I, II and the environmental circuit 3 with its pump 8 and all valves, sensors and terminals and the heating circuit 5 with its pump 10 and all valves, sensors and terminals in a single housing 17 , On the outside of the housing 17 of the environmental leading part of the environmental cycle 3 and leading to the heating surfaces and in particular for drinking water heating part of the heating circuit 5 is connected.
  • connections and functions may be added to the pump housing, such as a pressure relief valve, a pressure sensor, 3-way valves that allow active interposition between the two suction connections, a venting chamber to separate potential air bubbles from the water flow a flow sensor is conceivable and advantageous.
  • the integrated pump housing described is also used in the environmental circuit 3 and is there directly attached to the already mentioned integration advantages on the heat exchanger I.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Warmwasser für Heizungs- und Brauchwasserzwecke in Gebäuden mit einer Wärmepumpe, durch die Wärme der Umwelt entnommen wird, wobei die Wärmepumpe der Umgebung insbesondere der Abluft, der Umgebungsluft, der Erdwärme und/oder dem Grundwasser Wärme über einen ersten Wärmetauscher entnimmt und in der Temperatur erhöht über einen zweiten Wärmetauscher einem eine Pumpe aufweisenden Heizkreislauf zuführt, durch den Wärme den Heizflächen und dem Brauchwasser zugeführt wird.
  • Es ist bekannt, die Umwälzpumpen in Wärmepumpen in einer diskreten Weise zuzuordnen. Das Standard-Inline-Gehäuse der Umwälzpumpe ist mit Kupferrohren mit Muttern verbunden. Zusätzliche Funktionen und Anschlüsse sind hinzugefügt und mit den Kupferrohren verschweißt. Schließlich sind die Kupferrohre mit dem Plattenwärmetauscher verschweißt oder verschraubt. Durch diese Befestigung von Pumpe und Wärmetauscher in einem Abstand werden große Außenabmessungen geschaffen. Ferner ist es Stand der Technik, einen Plattenwärmetauscher auf der Saugseite der Pumpe anzuschließen. Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Patentschrift EP2159494 A2 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit geringen Außenabmessungen, geringerem Gewicht, niedrigeren Kosten und einfacher Montage zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung integriert in das Pumpengehäuse zusätzliche Funktionen und vermeidet das Kupferrohr durch eine direkte Verbindung des Pumpengehäuses mit dem Plattenwärmetauscher.
  • Die Vorteile der Erfindung sind:
    • Eine kompakte Baueinheit mit geringen Außenabmessungen und damit weniger Platzbedarf,
    • weniger Komponenten,
    • niedrigere Kosten,
    • schnellere Montage,
    • weniger Gewicht.
  • Im Gegensatz zu einem an einer Wand hängenden Kessel ist der Wärmetauscher einer Wärmepumpe der "primäre Wärmetauscher", da er die Kalorien aus dem kondensierenden Kältemittel der Wärmepumpe holt. Um die Kondensation des Kältemittels im Plattenwärmetauscher zu erreichen, muss der entsprechende Mediumstrom von oben nach unten fließen. Das Zentralheizungswasser muss deshalb im Gegenstrom von unten nach oben in dem Plattenwärmetauscher fließen. Um diese Anordnung zu ermöglichen, steht der Plattenwärmetauscher an der Wärmepumpe und die Umwälzpumpe ist kopfüber montiert, das heißt, es pumpt das Heizungswasser in den unteren Anschluss des Plattenwärmetauschers. Ein wichtiger Schritt der Erfindung ist daher eine direkte Verbindung von der Druckseite des Pumpengehäuses zum Plattenwärmetauscher. Bei bekannten Heizkesseln ist dagegen der Plattenwärmetauscher auf der Saugseite des Pumpengehäuses montiert.
  • Um die angestrebte Funktion Integration und Platzsparen zu erhalten, ist das Pumpengehäuse mit dem Plattenwärmetauscher verbunden durch einen Clip, befestigt auf einer male Metall-Verbindung des Plattenwärmetauschers.
  • Um eine gute und stabile Fixierung der Umwälzpumpe an dem Plattenwärmetauscher zu erhalten, gibt es eine zusätzliche Lagefixierung an dem Pumpengehäuse. Diese Fixierung ist direkt geschraubt an dem aufgeschweißten Bolzen am Plattenwärmetauscher oder an einem zusätzlichen Blechteil, das sowohl den Plattenwärmetauscher als auch die Umwälzpumpe befestigt.
  • Um eine Entleerung des Wärmetauschers zu erreichen, ist die Druckseite des Pumpengehäuses mit einem Ablassventil versehen, um das Heizungswasser an der tiefsten Stelle des Pumpengehäuses abzulassen. Das Ablassventil ist so gestaltet, dass zum Öffnen und Schließen eine Viertelumdrehung ausreicht und bietet ein leichtes Öffnen und eine Kosten und Platz sparende Verbindung.
  • Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung und
    Fig. 2
    den zweiten Wärmetauscher mit direkt angeschlossener Pumpe.
  • Die Vorrichtung zum Erzeugen von Warmwasser für Heizungs- und Brauchwasserzwecke in Gebäuden weist eine Wärmepumpe auf mit einem in einem Kreislauf 1 durch einen Kompressor 2 umgepumpten Fluid, wobei im Kreislauf 1 ein die Wärme aus einem Umweltkreislauf 3 aufnehmender erster Wärmetauscher I, ein die Wärme an einen Heizkreislauf 5 abgebender zweiter Wärmetauscher II und eine zwischen den Wärmetauschern befindliche Drossel 7 angeordnet sind. Hierbei arbeitet der erste Wärmetauscher I als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher II als Kondensator.
  • Der durch den ersten Wärmetauscher I geführte Umweltkreislauf 3 besitzt eine Pumpe 8, die das Fluid im Umweltkreislauf 3 umpumpt, wobei der Umweltkreislauf Rohrschlangen 9 bzw. einen Wärmetauscher aufweist, durch die/den die Wärme aus der Umgebung, d. h. aus der Umgebungsluft, dem Erdreich, dem Grundwasser oder aus der Abluft eines Gebäudes entnommen wird.
  • Der durch den zweiten Wärmetauscher II geführte Heizkreislauf 5 besitzt eine das Heizungswasser umwälzende Pumpe 10 und ist durch Heizflächen bildende Konvektoren (Heizkörper, Fußbodenheizung 11) geführt, die ein Gebäude erwärmen. Ferner ist am Heizkreislauf 5 als Bypass ein zweiter Heizkreislauf 12 abgezweigt, der mit einer Rohrschlange 13 durch einen Trinkwassertank 14 verläuft.
  • Die Pumpe 10 des Heizkreislaufes 5 ist mit ihrem Auslassstutzen 10a direkt ohne eine Zwischenleitung am Einlass IIa der Seitenwand IIb des zweiten Wärmetauschers II angeschlossen bzw. befestigt, so dass der zweite Wärmetauscher II und die Pumpe 10 eine kompakte Einheit bilden, wie dies Fig. 2 zeigt. Ein sicherer Halt der Pumpe 10 am Wärmetauscher II ist dadurch gegeben, dass an der Seitenwand IIb ein Bolzen B vorsteht, an dem ein am Pumpengehäuse vorstehendes Blechteil 10b angeschraubt ist. Stattdessen oder zusätzlich kann die direkte Befestigung der Pumpe an der Wärmetauscherwand IIb auch durch rastenden Formschluss insbesondere durch einen Clip erfolgen. Eine Übertragung von durch die Pumpe 10 erzeugte Schwingungen auf den zweiten Wärmetauscher II wird verhindert durch ein Dämpfungselement zwischen der Befestigung von Pumpe und Wärmetauscher.
  • Ferner ist an der Druckseite der Pumpe ein Ablassventil 16 als Entleerungshahn angeschlossen.
  • Die Wärmepumpe 1, 2 7 ist mit den zwei Wärmetauschern I, II und der Umweltkreislauf 3 mit seiner Pumpe 8 und allen Ventilen, Sensoren und Anschlüssen und der Heizkreislauf 5 mit seiner Pumpe 10 und allen Ventilen, Sensoren und Anschlüssen in einem einzigen Gehäuse 17 angeordnet. An der Außenseite des Gehäuses 17 ist der zur Umwelt führende Teil des Umweltkreislaufes 3 und der zu den Heizflächen und insbesondere zur Trinkwassererwärmung führende Teil des Heizkreislaufes 5 angeschlossen.
  • Zwischen den beiden Sauganschlüssen ist eine Anschlussmöglichkeit für einen Temperatursensor integriert, der es erlaubt, die Rücklauftemperatur des kalten Heizungswassers vor dem Erreichen des Plattenwärmetauschers zu messen. Diese Daten werden benötigt, um den Kompressor der Wärmepumpe in optimaler Weise arbeiten zu lassen.
  • Weitere Verbindungen und Funktionen können dem Pumpengehäuse zugefügt werden, wie zum Beispiel ein Überdruckventil, ein Drucksensor, 3-Wege-Ventile, die ein aktives Zwischenschalten zwischen den beiden Saug-Verbindungen erlauben, eine Entlüftungskammer, um potentielle Luftblasen aus dem Wasserstrom zu trennen, sogar ein Durchflusssensor ist denkbar und von Vorteil.
  • Das beschriebene integrierte Pumpengehäuse wird ebenfalls im Umweltkreislauf 3 verwendet und ist dort mit den schon genannten Integrationsvorteilen am Wärmetauscher I direkt befestigt.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen von Warmwasser für Heizungs- und Brauchwasserzwecke in Gebäuden mit einer Wärmepumpe (1, 2, 7), durch die Wärme der Umwelt entnommen wird, und einer Pumpe (10) eines Heizkreislaufs (5), wobei die Wärmepumpe (1, 2, 7) einen ersten Wärmetauscher (I) zur Entnahme von Wärme aus der Umgebung insbesondere der Abluft, der Umgebungsluft, der Erdwärme und/oder dem Grundwasser und einen zweiten Wärmetauscher (II) aufweist, um in der Temperatur erhöhte Wärme dem Heizkreislauf (5) zuzuführen, durch den Wärme den Heizflächen (11) und dem Brauchwasser (14) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10) des Heizkreislaufes (5) mit ihrem Auslassstutzen (10a) direkt ohne ein Zwischenrohr am unteren Einlass (IIa) des zweiten Wärmetauschers (II) befestigt ist, und dass der zweite Wärmetauscher (II) der Wärmepumpe und die Pumpe (10) des Heizkreislaufes (5) und Ventile und Sensoren eine einzige kompakte Baueinheit bilden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10) des Heizkreislaufes (5) zusätzlich an einem am zweiten Wärmetauscher (II) vorstehenden Bolzen (B) insbesondere über einen Clip befestigt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10) des Heizkreislaufes (5) zusätzlich über ein Blechteil (10b) am zweiten Wärmetauscher (II) befestigt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpe (10) des Heizkreislaufes (5) und dem zweiten Wärmetauscher (II) ein Dämpfungselement angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit Anschlüsse für den Heizkreislauf (5), einen Trinkwassererwärmungskreislauf (12, 13) und einen Entleerhahn (16) aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (I, II) Plattenwärmetauscher im Gegenstrom sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1, 2, 7) mit den zwei Wärmetauschern (I, II) und ein Umweltkreislauf (3) mit seiner Pumpe (8) und allen Ventilen, Sensoren und Anschlüssen und der Heizkreislauf (5) mit seiner Pumpe (10) und allen Ventilen, Sensoren und Anschlüssen in einem einzigen Gehäuse (17) angeordnet sind, an dem von außen der zur Umwelt führende Teil des Umweltkreislaufes (3) und der zu den Heizflächen und insbesondere zur Trinkwassererwärmung führende Teil des Heizkreislaufes (5) angeschlossen wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei dem das beschriebene integrierte Pumpengehäuse (17) ebenfalls im Umweltkreislauf (3) verwendet wird und dort, mit den schon genannten Integrationsvorteilen, am Wärmetauscher (I) direkt befestigt ist.
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