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DE102024130869A1 - System and method for heating water - Google Patents

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DE102024130869A1
DE102024130869A1 DE102024130869.9A DE102024130869A DE102024130869A1 DE 102024130869 A1 DE102024130869 A1 DE 102024130869A1 DE 102024130869 A DE102024130869 A DE 102024130869A DE 102024130869 A1 DE102024130869 A1 DE 102024130869A1
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operating fluid
heating
water
heat
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German (de)
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Danilo BOMBARDI
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Original Assignee
SNF Group
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Abstract

System zum Erwärmen von Wasser, umfassend:- einen Kreislauf (2), in dem ein Betriebsfluid zirkuliert, wobei der Kreislauf (2) ein Mittel (20) zum Erwärmen des Betriebsfluids umfasst;- eine erste Leitung (31) zum Zuführen von Wasser zur sanitären Verwendung;- eine zweite Leitung (32) zum Zuführen von Wasser, das zum Heizen mindestens einer Umgebung eines Gebäudes vorgesehen ist;- erste Wärmeaustauschmittel (5) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf (2) und der ersten Zufuhrleitung (31);- zweite Wärmeaustauschmittel (4) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf (2) und der zweiten Zufuhrleitung (32).Das Heizmittel (20) ist eine Kolbenpumpe (21) bzw. umfasst diese.A system for heating water, comprising:- a circuit (2) in which an operating fluid circulates, the circuit (2) comprising a means (20) for heating the operating fluid;- a first line (31) for supplying water for sanitary use;- a second line (32) for supplying water intended for heating at least one environment of a building;- first heat exchange means (5) for exchanging heat between the circuit (2) and the first supply line (31);- second heat exchange means (4) for exchanging heat between the circuit (2) and the second supply line (32).The heating means (20) is or comprises a piston pump (21).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Erwärmen von Warmwasser, das sowohl zum Heizen mindestens einer Umgebung eines Gebäudes als auch für das in einem Gebäude zu verwendende Sanitärwasser verwendet werden soll.The present invention relates to a system and a method for heating hot water to be used both for heating at least one environment of a building and for the sanitary water to be used in a building.

Es handelt sich daher um ein Wassererwärmungssystem für den zivilen Gebrauch.It is therefore a water heating system for civil use.

Gebäudeheizungssysteme sind bekannt. In diesem Fall können das Warmwasser, das zu den Konvektorheizkörpern geleitet werden soll, und das Warmwasser, das als Sanitärwasser verwendet werden soll, mithilfe eines Kessels erhalten werden, in dem ein Brennstoff verbrannt wird. Bei einer alternativen Lösung kann eine Wärmepumpe verwendet werden, bei der die klassischen Elemente eines umgekehrten Kältekreislaufs verwendet werden: Verdichter, der auf ein mindestens teilweise gasförmiges Fluid einwirkt, Kondensator, Verdampfer, Drosselelement. Die Heizzahl (Coefficient of Performance, COP) einer Wärmepumpe dieses Typs liegt üblicherweise unter 7. Die Heizzahl ist eine Wirkungsgradkennziffer einer Wärmepumpe, die durch das Verhältnis zwischen der abgegebenen Energie (z. B. zu der zu erwärmenden Umgebung übertragene Wärme) und der verbrauchten elektrischen Energie gegeben ist.Building heating systems are well known. In this case, the hot water to be supplied to the convector radiators and the hot water to be used as domestic water can be obtained using a boiler that burns a fuel. An alternative solution can be a heat pump, which uses the classic elements of a reverse refrigeration cycle: a compressor acting on a fluid that is at least partially gaseous, a condenser, an evaporator, and a throttling element. The coefficient of performance (COP) of a heat pump of this type is typically less than 7. The COP is an efficiency index of a heat pump, determined by the ratio between the energy delivered (e.g., heat transferred to the environment to be heated) and the electrical energy consumed.

In diesem Zusammenhang besteht die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe darin, ein System und ein Heizverfahren vorzuschlagen, die ermöglichen, eine hohe Leistung zu erhalten und gleichzeitig den Energieverbrauch zu optimieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine einfache Wartung zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine geräuschlose Lösung bereitzustellen.In this context, the technical problem underlying the present invention is to propose a system and a heating method that enable high performance while optimizing energy consumption. Another problem is to enable easy maintenance. Another problem is to provide a noiseless solution.

Die definierte technische Aufgabe und die angegebenen Ziele werden im Wesentlichen durch ein System und ein Heizverfahren erreicht, die nachstehend beschrieben werden.The defined technical task and the stated objectives are essentially achieved by a system and a heating process which are described below.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zum Erwärmen von Wasser, umfassend:

  • - einen Kreislauf, in dem ein Betriebsfluid zirkuliert; wobei der Kreislauf ein Mittel zum Erwärmen des Betriebsfluids umfasst und keinen Verdampfer aufweist,
  • - eine erste Leitung zum Zuführen von Wasser zur sanitären Verwendung,
  • - eine zweite Leitung zum Zuführen von Wasser, das zum Heizen mindestens einer Umgebung eines Gebäudes vorgesehen ist,
  • - erste Wärmeaustauschmittel zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf und der ersten Zufuhrleitung,
  • - zweite Wärmeaustauschmittel zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf und der zweiten Zufuhrleitung.
According to a first aspect, the invention relates to a system for heating water, comprising:
  • - a circuit in which an operating fluid circulates; the circuit comprising a means for heating the operating fluid and not having an evaporator,
  • - a first pipe for supplying water for sanitary use,
  • - a second pipe for supplying water intended for heating at least one environment of a building,
  • - first heat exchange means for exchanging heat between the circuit and the first supply line,
  • - second heat exchange means for exchanging heat between the circuit and the second supply line.

Das System ist dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmungsmittel aus einer Kolbenpumpe besteht.The system is characterized by the fact that the heating medium consists of a piston pump.

Mit anderen Worten, der Kreislauf, in dem ein Betriebsfluid zirkuliert, weist keinen Verdampfer auf, und die Erwärmungsmittel bestehen lediglich aus der Kolbenpumpe zum Erwärmen des Betriebsfluids, das in dem Kreislauf zirkuliert. Infolgedessen ist zum Erwärmen des Betriebsfluids keine Luft oder Flüssigkeit aus einer äußeren Umgebung erforderlich. Das bedeutet, dass das Erwärmen des Systems nicht von der Temperatur der äußeren Umgebung oder der Außentemperatur abhängt.In other words, the circuit in which a working fluid circulates does not have an evaporator, and the heating means consist solely of the piston pump for heating the working fluid circulating in the circuit. As a result, no air or liquid from an external environment is required to heat the working fluid. This means that the heating of the system does not depend on the temperature of the external environment or the outside temperature.

Gemäß einem weiteren Merkmal umfasst der Kreislauf einen Elektromotor zum Antreiben der Kolbenpumpe, wobei der Elektromotor ein asynchroner magnetischer Elektromotor ist bzw. einen derartigen Elektromotor umfasst.According to a further feature, the circuit comprises an electric motor for driving the piston pump, wherein the electric motor is an asynchronous magnetic electric motor or comprises such an electric motor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betriebsfluids ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus R1233ZD(E), R1234ZE und R295.In a preferred embodiment, the operating fluid is selected from the group consisting of R1233ZD(E), R1234ZE and R295.

Vorteilhafterweise ist das Betriebsfluid R1233ZD(E), das ein Treibhauspotenzial (Global warming potential, GWP) von 5 aufweist, d. h. einen geringen Treibhauseffekt.Advantageously, the operating fluid is R1233ZD(E), which has a global warming potential (GWP) of 5, i.e. a low greenhouse effect.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform umfasst das erste Wärmeaustauschmittel:

  • - einen Pfad, der in sich geschlossenen ist, in dem ein Wärmeübertragungsfluid zirkuliert,
  • - einen ersten Wärmetauscher, der das in dem Kreislauf zirkulierende Betriebsfluid und das in dem Pfad zirkulierende Wärmeübertragungsfluid in thermische Verbindung bringt,
  • - einen Wärmeaustauschbehälter in thermischer Verbindung mit der ersten Zufuhrleitung.
According to a specific embodiment, the first heat exchange means comprises:
  • - a self-contained path in which a heat transfer fluid circulates,
  • - a first heat exchanger which brings the operating fluid circulating in the circuit and the heat transfer fluid circulating in the path into thermal communication,
  • - a heat exchange tank in thermal communication with the first supply line.

Vorteilhafterweise umfasst die erste Zufuhrleitung für Wasser zur sanitären Verwendung eine Rohrschlange, die im Inneren des Behälters verläuft.Advantageously, the first supply line for water for sanitary use comprises a coiled pipe running inside the tank.

Bei dieser Ausführungsform umfasst das System vorteilhafterweise einen zusätzlichen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf und der ersten Zufuhrleitung.In this embodiment, the system advantageously comprises an additional heat exchanger for exchanging heat between the circuit and the first supply line.

Vorzugsweise umfasst das System ein Drosselventil, das zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zusätzlichen Wärmetauscher angeordnet ist.Preferably, the system comprises a throttle valve arranged between the first heat exchanger and the additional heat exchanger.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erwärmen von Wasser unter Einbeziehung des zuvor offenbarten Systems.The invention also relates to a method for heating water incorporating the previously disclosed system.

Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • - Zirkulieren des Betriebsfluids in dem Kreislauf,
  • - Erwärmen des in dem Kreislauf zirkulierenden Betriebsfluids,
  • - Durchführen einer Übertragung von Wärme von dem Betriebsfluid auf Wasser zur sanitären Verwendung; wobei sich das Wasser zur sanitären Verwendung entlang der ersten Zufuhrleitung bewegt;
  • - Durchführen einer Übertragung von Wärme von dem Betriebsfluid auf Wasser zum Heizen mindestens einer Umgebung eines Gebäudes; wobei sich das Wasser zum Heizen entlang der zweiten Zufuhrleitung bewegt.
The procedure includes the following steps:
  • - Circulating the operating fluid in the circuit,
  • - Heating the operating fluid circulating in the circuit,
  • - performing a transfer of heat from the operating fluid to sanitary water; wherein the sanitary water moves along the first supply line;
  • - performing a transfer of heat from the operating fluid to water for heating at least one environment of a building; wherein the water for heating moves along the second supply line.

Vorteilhafterweise weist das Betriebsfluid einen Druck zwischen 6 und 8 bar auf und verbleibt in dem Kreislauf vorzugsweise stets in der flüssigen Phase.Advantageously, the operating fluid has a pressure between 6 and 8 bar and preferably always remains in the liquid phase in the circuit.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der beispielhaften und daher nicht einschränkenden Beschreibung einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsform eines wie in 1 schematisch veranschaulichten Systems und eines Heizverfahrens deutlicher.Further features and advantages of the present invention will become apparent from the exemplary and therefore non-limiting description of a preferred but not exclusive embodiment of a device as shown in 1 schematically illustrated system and a heating process more clearly.

In den beigefügten Figuren der Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein System zum Erwärmen von Wasser.In the accompanying figures of the drawings, reference numeral 1 denotes a system for heating water.

Das System 1 umfasst einen Kreislauf 2, in dem ein Betriebsfluid zirkuliert.The system 1 comprises a circuit 2 in which an operating fluid circulates.

Das Betriebsfluid kann ein HFO-basiertes Fluid (HFO = Hydrofluorolefin) wie R1366Mzz oder R1233 ZD sein oder auf Ammoniak oder inhibiertem Calciumcarbonat oder noch anderen basieren. Es handelt sich vorteilhafterweise um R1233ZD(E). The operating fluid can be an HFO-based fluid (HFO = hydrofluoroolefin) such as R1366Mzz or R1233 ZD, or based on ammonia or inhibited calcium carbonate, or others. It is preferably R1233ZD(E).

Geeigneterweise bleibt die das Betriebsfluid in dem Kreislauf 2 stets in der flüssigen Phase und liegt vorteilhafterweise zwischen 6 und 8 bar.Suitably, the operating fluid in circuit 2 always remains in the liquid phase and is advantageously between 6 and 8 bar.

Der Kreislauf 2 umfasst ein Mittel 20 zum Erwärmen des Betriebsfluids.The circuit 2 comprises a means 20 for heating the operating fluid.

Der Kreislauf 2 umfasst eine erste Leitung 31 zum Zuführen von Wasser für sanitäre Zwecke. Die erste Zufuhrleitung 31 empfängt üblicherweise Leitungswasser am Eingang (üblicherweise mit 3 bar und 15 °C). Ein derartiger Eingang befindet sich bei Bezugszeichen 310.Circuit 2 comprises a first line 31 for supplying water for sanitary purposes. The first supply line 31 typically receives tap water at the inlet (typically at 3 bar and 15°C). Such an inlet is located at reference numeral 310.

Das System 1 umfasst eine zweite Leitung 32 zum Zuführen von Heizwasser mindestens einer Umgebung eines Gebäudes. Dabei handelt es sich um Wasser, das für den Durchgang in Elementen vorgesehen ist, die dazu ausgelegt sind, Wärme in einer Umgebung des Gebäudes zu verteilen (zum Beispiel Konvektorheizkörpern 7). Die zweite Zufuhrleitung 32 ist in sich geschlossen und definiert daher eine Rezirkulationsleitung. Die erste und die zweite Leitung 31, 32 sind getrennt und unterschiedlich.The system 1 comprises a second line 32 for supplying heating water to at least one environment of a building. This water is intended to flow through elements designed to distribute heat in an environment of the building (for example, convector radiators 7). The second supply line 32 is self-contained and therefore defines a recirculation line. The first and second lines 31, 32 are separate and distinct.

Die Zahlwörter „erster/erste“ und „zweiter/zweite“ dienen zum Unterscheiden zwischen den Zufuhrleitungen, sie geben keine Reihenfolge oder Priorität an (dasselbe gilt auch für den restlichen Text).The numbers “first” and “second” serve to distinguish between the supply lines; they do not indicate any order or priority (the same applies to the rest of the text).

Das System 1 umfasst erste Wärmeaustauschmittel 5 zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf 2 und der ersten Zufuhrleitung 31.The system 1 comprises first heat exchange means 5 for exchanging heat between the circuit 2 and the first supply line 31.

Das erste Wärmeaustauschmittel 5 umfasst einen in sich geschlossenen Pfad 50, in dem ein Wärmeübertragungsfluid zirkuliert (der geschlossene Pfad 50 ist daher ein Kreislauf). Ein derartiges Wärmeübertragungsfluid bleibt in dem Pfad 50 stets in dem flüssigen Zustand.The first heat exchange medium 5 comprises a closed path 50 in which a heat transfer fluid circulates (the closed path 50 is therefore a circuit). Such a heat transfer fluid always remains in the liquid state in the path 50.

Das erste Wärmeaustauschmittel 5 umfasst einen ersten Wärmetauscher 52, der das in dem Kreislauf 2 zirkulierende Betriebsfluid und das in dem Pfad 50 zirkulierende Wärmeübertragungsfluid in thermische Verbindung bringt. Bei einer bestimmten Betriebsart tritt das Betriebsfluid mit einer Temperatur zwischen 110 °C und 130 °C in den ersten Wärmetauscher 52 ein und tritt mit einer Temperatur zwischen 30 °C und 50 °C aus. Das bei einer derartigen Betriebsart in dem Pfad 50 zirkulierende Wärmeübertragungsfluid tritt aus dem ersten Wärmetauscher 52 mit einer Temperatur von über 80 °C aus (beispielsweise zwischen 80° und 90 °C).The first heat exchange means 5 comprises a first heat exchanger 52, which thermally connects the operating fluid circulating in the circuit 2 and the heat transfer fluid circulating in the path 50. In a certain operating mode, the operating fluid enters the first heat exchanger 52 at a temperature between 110°C and 130°C and exits at a temperature between 30°C and 50°C. The heat transfer fluid circulating in the path 50 in such an operating mode exits the first heat exchanger 52 at a temperature above 80°C (for example, between 80°C and 90°C).

Das erste Wärmeaustauschmittel 5 umfasst einen Wärmeaustauschbehälter 53, der in thermischer Verbindung mit der ersten Zufuhrleitung 31 steht. Beispielsweise weist ein derartiger Behälter 53 ein Fassungsvermögen zwischen 10 und 30 Litern, üblicherweise 15 Litern auf. Der Behälter 53 umfasst außerdem ein Ausdehnungsgefäß 530. Geeigneterweise umfasst das System 1 eine Pumpe 501 (üblicherweise eine Kreiselpumpe) zum Umwälzen der Wärmeübertragungsflüssigkeit in dem Pfad 50. Die Pumpe 501 ist dem ersten Wärmetauscher 52 nachgelagert und dem Behälter 53 vorgelagert.The first heat exchange means 5 comprises a heat exchange tank 53, which is in thermal communication with the first supply line 31. For example, such a tank 53 has a capacity of between 10 and 30 liters, usually 15 liters. The tank 53 also comprises an expansion tank 530. Suitably, the system 1 comprises a pump 501 (usually a centrifugal pump) for circulating the heat transfer fluid in the path 50. The pump 501 is located downstream of the first heat exchanger 52 and upstream of the tank 53.

Insbesondere umfasst die erste Leitung 31 zum Zuführen von Wasser zur sanitären Verwendung eine Rohrschlange 311, die im Inneren des Behälters 53 verläuft. Das Wärmeübertragungsfluid ist in dem Behälter 53 vorhanden und umspült die Rohrschlange 311 von außen. Bei der vorstehend beschriebenen Betriebsart hat das aus dem Behälter 53 austretende Sanitärwasser geeigneterweise eine Temperatur, die zwischen 55 °C und 65 °C liegt. Geeigneterweise befindet sich an dem Behälter 53 ein Temperaturfühler 531, der die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids misst.In particular, the first line 31 for supplying water for sanitary use comprises a coil 311 extending inside the tank 53. The heat transfer fluid is present in the tank 53 and flows around the coil 311 from the outside. In the operating mode described above, the sanitary water exiting the tank 53 suitably has a temperature between 55°C and 65°C. Suitably, a temperature sensor 531 is located on the tank 53 to measure the temperature of the heat transfer fluid.

Vorteilhafterweise umfasst das System einen zusätzlichen Wärmetauscher 54, durch den das Betriebsfluid und das Wasser für sanitäre Zwecke strömen. Geeigneterweise führt der zusätzliche Wärmetauscher 54 die Funktion eines Vorwärmers des Sanitärwassers aus (bevor dieses in den Behälter 53 bzw. in die in dem Behälter 53 vorhandene Rohrschlange 311 eintritt). Der Tauscher 54 ist in Strömungsrichtung des Sanitärwassers dem Behälter 53 vorgelagert. Der erste Tauscher 52 und der zusätzliche Tauscher 54 sind voneinander entfernt angeordnet.Advantageously, the system comprises an additional heat exchanger 54 through which the service fluid and the water for sanitary purposes flow. Suitably, the additional heat exchanger 54 performs the function of a preheater for the sanitary water (before it enters the tank 53 or the pipe coil 311 present in the tank 53). The exchanger 54 is located upstream of the tank 53 in the flow direction of the sanitary water. The first exchanger 52 and the additional exchanger 54 are arranged at a distance from each other.

Geeigneterweise umfasst der Kreislauf 2 ein Drosselventil 23, das zwischen dem Wärmetauscher 52 und dem zusätzlichen Wärmetauscher 54 angeordnet ist. Das Drosselventil 23 befindet sich im Eingang zum zusätzlichen Wärmetauscher 54. Geeigneterweise kann das Drosselventil 23 eine Steuereingabe als Funktion des Drucks hinter dem zusätzlichen Wärmetauscher 54 empfangen.Suitably, the circuit 2 comprises a throttle valve 23 arranged between the heat exchanger 52 and the additional heat exchanger 54. The throttle valve 23 is located at the inlet to the additional heat exchanger 54. Suitably, the throttle valve 23 can receive a control input as a function of the pressure downstream of the additional heat exchanger 54.

Wie in 1 beispielhaft dargestellt, sind der erste Wärmetauscher 52, der zweite Wärmetauscher 55 und der zusätzliche Wärmetauscher 54 in Reihe entlang des Kreislaufs 2 angeordnet. Der erste Tauscher 52 ist dem zweiten Tauscher 55 nachgelagert und dem zusätzlichen Tauscher 54 vorgelagert.As in 1 As shown by way of example, the first heat exchanger 52, the second heat exchanger 55 and the additional heat exchanger 54 are arranged in series along the circuit 2. The first exchanger 52 is arranged downstream of the second exchanger 55 and upstream of the additional exchanger 54.

Das System 1 umfasst zweite Wärmeaustauschmittel 4 zwischen dem Kreislauf 2 und der zweiten Zufuhrleitung 32. Das zweite Wärmeaustauschmittel 4 ist beispielsweise ein zweiter Wärmetauscher 55, üblicherweise ein Plattentauscher, bzw. umfasst einen derartigen Tauscher. Sie definieren einen Bereich, in dem der Kreislauf 2 und die zweite Zufuhrleitung 32 in thermischem Kontakt stehen. Der zweite Tauscher 55 beeinflusst daher sowohl den Kreislauf 2 als auch die zweite Zufuhrleitung 32. Beispielsweise könnte das Betriebsfluid bei einer Temperatur, die zwischen 150 und 130 °C liegt, in das zweite Wärmeaustauschmittel 4 eintreten und bei einer Temperatur, die zwischen 130 °C und 110 °C liegt, aus diesem austreten. Geeigneterweise tritt das Heizwasser mindestens einer Umgebung des Gebäudes aus dem Tauscher mit einer Temperatur zwischen 80 und 90 °C aus.The system 1 comprises second heat exchange means 4 between the circuit 2 and the second supply line 32. The second heat exchange means 4 is, for example, a second heat exchanger 55, typically a plate exchanger, or comprises such an exchanger. They define an area in which the circuit 2 and the second supply line 32 are in thermal contact. The second exchanger 55 therefore influences both the circuit 2 and the second supply line 32. For example, the operating fluid could enter the second heat exchange means 4 at a temperature between 150 and 130°C and exit it at a temperature between 130°C and 110°C. Suitably, the heating water of at least one environment of the building exits the exchanger at a temperature between 80 and 90°C.

Geeigneterweise befinden sich das Betriebsfluid und das Heizwasser mindestens einer Umgebung eines Gebäudes in dem zweiten Wärmetauschmittel 4 im Gegenstrom.Suitably, the operating fluid and the heating water of at least one environment of a building are in counterflow in the second heat exchange medium 4.

Ein Temperaturfühler 321 ist entlang der zweiten Leitung 32 platziert.A temperature sensor 321 is placed along the second line 32.

Das System 1 umfasst eine Wasserumwälzpumpe 322 entlang der zweiten Leitung 32. Die Wasserumwälzpumpe 322 ist üblicherweise eine Kreiselpumpe. Sie ermöglicht, dass Wasser entlang der zweiten Leitung zwischen dem zweiten Wärmeaustauschmittel und den Konvektorheizkörpern 7 umgewälzt wird.The system 1 includes a water circulation pump 322 along the second line 32. The water circulation pump 322 is typically a centrifugal pump. It enables water to be circulated along the second line between the second heat exchange medium and the convector heaters 7.

Bei den Erwärmungsmitteln 20 handelt es sich um eine Kolbenpumpe 21. Üblicherweise handelt es sich hierbei um eine Hochdruckkolbenpumpe 21. Das System 1 kann in dem Sinne als Wärmepumpe betrachtet werden, als es einen COP von über 7, vorzugsweise über 10, aufweist. Der COP (Coefficient of Performance) ist eine Wirkungsgradkennziffer einer Wärmepumpe und ist durch das Verhältnis zwischen abgegebener Energie und verbrauchter elektrischer Energie gegeben. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Heizungspumpe umfasst das System der Erfindung jedoch keinen Verdampfer.The heating means 20 is a piston pump 21. Typically, this is a high-pressure piston pump 21. The system 1 can be considered a heat pump in the sense that it has a COP of over 7, preferably over 10. The COP (Coefficient of Performance) is an efficiency indicator of a heat pump and is determined by the ratio between the energy delivered and the electrical energy consumed. However, unlike a conventional heating pump, the system of the invention does not include an evaporator.

Die Pumpe 21 bewirkt somit eine Erwärmung des Betriebsfluids. Dies erfolgt aufgrund der Kompressionswirkung auf das nicht komprimierbare Betriebsfluid. Eine derartige Kompression drückt das Betriebsfluid entlang der Kanäle der Pumpe 21 und bewirkt eine Erhöhung der kinetischen Energie und dessen Erwärmung durch Reibung.The pump 21 thus heats the operating fluid. This occurs due to the compression effect on the incompressible operating fluid. Such compression forces the operating fluid along the channels of the pump 21, causing an increase in its kinetic energy and its heating through friction.

Geeigneterweise umfasst der Kreislauf 2 lediglich die Kolbenpumpe 21 zum Erwärmen des darin zirkulierenden Betriebsfluids.Suitably, the circuit 2 comprises only the piston pump 21 for heating the operating fluid circulating therein.

Für sich betrachtet handelt es sich bei der Kolbenpumpe 21 um eine Verdrängerpumpe bekannter Bauart. Bei der Kolbenpumpe könnte es sich um eine Axialkolbenpumpe handeln, aber auch um eine Kolbenpumpe anderer Bauart. Sie schließt beispielsweise Kolben ein, die in entsprechenden Pumpkammern untergebracht sind. Die Pumpkammern sind praktischerweise in einen Körper integriert, der gedreht werden kann. Die Drehung dieses Körpers und daher der Pumpkammern bewirkt, dass sich die Kolben drehen, und legt daher eine abwechselnde Hin- und Herbewegung der Kolben in den entsprechenden Pumpkammern fest. Tatsächlich wird ein Ende der Kolben durch elastische Mittel gegen eine Platte gedrückt, die in Bezug auf die Drehachse der Pumpkammern geneigt ist.Considered in isolation, the piston pump 21 is a positive displacement pump of a known type. The piston pump could be an axial piston pump, but also a piston pump of a different type. For example, it includes pistons housed in corresponding pumping chambers. The pumping chambers are conveniently integrated into a body that can be rotated. The rotation of this body and therefore of the pumping chambers causes the pistons to rotate and therefore establishes an alternating reciprocating movement of the pistons in the corresponding pumping chambers. In fact, one end of the pistons is pressed by elastic means against a plate which is inclined with respect to the axis of rotation of the pumping chambers.

Das System 1 umfasst einen Elektromotor 22 zum Antreiben der Kolbenpumpe 21. Der Elektromotor 22 ist vorzugsweise ein magnetischer Asynchronelektromotor 22 bzw. umfasst diesen. Dies trägt zur Geräuschlosigkeit des Systems 1 bei. Geeigneterweise umfasst der Motor 22 einen Wechselrichter. Der Betrieb des Motors 22 wird außerdem in Abhängigkeit von der Rückmeldung geregelt, die durch die Temperaturfühler 321 bereitgestellt wird, die entlang der zweiten Leitung 32 platziert sind.The system 1 includes an electric motor 22 for driving the piston pump 21. The electric motor 22 is preferably a magnetic asynchronous electric motor 22 or comprises one. This contributes to the quietness of the system 1. Suitably, the motor 22 includes an inverter. The operation of the motor 22 is also controlled depending on the feedback provided by the temperature sensors 321 placed along the second line 32.

Der zusätzliche Wärmetauscher 54 ist zwischen dem ersten Tauscher 52 und der Kolbenpumpe 21 angeordnet.The additional heat exchanger 54 is arranged between the first exchanger 52 and the piston pump 21.

Das System 1 kann einen Filter 61, eine Inspektionsöffnung 62 und einen Flüssigkeitssammler 63 umfassen. Geeigneterweise sind sie dem ersten Tauscher 52 nachgelagert und dem zusätzlichen Wärmetauscher 54 vorgelagert angeordnet.The system 1 may comprise a filter 61, an inspection port 62, and a liquid collector 63. Suitably, they are arranged downstream of the first exchanger 52 and upstream of the additional heat exchanger 54.

Das System 1 umfasst geeigneterweise ein schallgedämmtes Gehäuse, in dem die Kolbenpumpe 21 untergebracht ist.The system 1 suitably comprises a soundproof housing in which the piston pump 21 is housed.

Das System 1 umfasst außerdem eine Steuereinheit zum Steuern des Gesamtbetriebs und zur Regelung der erforderlichen Temperaturen und des Drucks, die erforderlich sind, um das in dem Kreislauf 2 zirkulierende Betriebsfluid in einer flüssigen Phase zu halten.The system 1 also comprises a control unit for controlling the overall operation and for regulating the required temperatures and pressures required to keep the operating fluid circulating in the circuit 2 in a liquid phase.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Erwärmen von Wasser.Another object of the present invention is a method for heating water.

Das Verfahren wird vorteilhafterweise durch ein System 1 implementiert, das eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist.The method is advantageously implemented by a system 1 having one or more of the features described above.

Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • - Zirkulieren eines Betriebsfluids in einem Kreislauf 2; geeigneterweise bleibt ein derartiges Betriebsfluid stets eine Flüssigkeit, die in dem Kreislauf 2 zirkuliert (es könnte daher auch als Betriebsflüssigkeit bezeichnet werden);
  • - Erwärmen des in dem Kreislauf 2 zirkulierenden Betriebsfluids.
The procedure includes the following steps:
  • - circulating an operating fluid in a circuit 2; suitably, such operating fluid always remains a liquid circulating in the circuit 2 (it could therefore also be referred to as an operating fluid);
  • - Heating the operating fluid circulating in circuit 2.

Der Schritt des Erwärmens des den Kreislauf 2 durchströmenden Betriebsfluids erfolgt beim Durchgang des Betriebsfluids durch eine Kolbenpumpe 21, die entlang des Kreislaufs 2 platziert ist. Daher erwärmt die Kolbenpumpe 21 das Betriebsfluid. Geeigneterweise ist das Betriebsfluid mindestens an der Pumpe 21 flüssig (vorzugsweise jedoch überall). Die Kolbenpumpe 21 wirkt auf das Betriebsfluid, sodass der Druck des Betriebsfluids beispielsweise zwischen 6 und 8 bar liegt, wenn R1233ZD(E) verwendet wird. Bei einigen Ausführungsformen wirkt die Kolbenpumpe 21 auf das Betriebsfluid und verursacht einen Druckanstieg von mindestens 10 bar und/oder einen Temperaturanstieg von mindestens 90 °C. Der Kolbenpumpe 21 nachgelagert können Temperaturen des Betriebsfluids erhalten werden, die sogar höher als 110 °C oder 120 °C sind. Die Pumpe 21 bewirkt nicht nur die Erwärmung des Betriebsfluids, sondern ist auch allein für dessen Bewegung verantwortlich.The step of heating the operating fluid flowing through the circuit 2 occurs as the operating fluid passes through a piston pump 21 placed along the circuit 2. Therefore, the piston pump 21 heats the operating fluid. Suitably, the operating fluid is liquid at least at the pump 21 (but preferably everywhere). The piston pump 21 acts on the operating fluid so that the pressure of the operating fluid is, for example, between 6 and 8 bar when R1233ZD(E) is used. In some embodiments, the piston pump 21 acts on the operating fluid, causing a pressure increase of at least 10 bar and/or a temperature increase of at least 90°C. Downstream of the piston pump 21, operating fluid temperatures even higher than 110°C or 120°C can be achieved. The pump 21 not only heats the operating fluid but is also solely responsible for its movement.

Das Verfahren umfasst den Schritt des Durchführens einer Übertragung von Wärme von dem in dem Kreislauf 2 vorhandenen Betriebsfluid auf Wasser zur sanitären Verwendung. Üblicherweise ist eine Durchflussmenge zwischen 12 und 16 Litern/Minute vorgesehen. Das Wasser zur sanitären Verwendung bewegt sich entlang einer ersten Zufuhrleitung 31. Eine derartige Übertragung von Wärme von dem in dem Kreislauf 2 vorhandenen Betriebsfluid auf das Wasser zur sanitären Verwendung erfolgt indirekt. The method comprises the step of performing a heat transfer from the operating fluid present in circuit 2 to sanitary water. Typically, a flow rate of between 12 and 16 liters/minute is provided. The sanitary water moves along a first supply line 31. Such heat transfer from the operating fluid present in circuit 2 to the sanitary water occurs indirectly.

Tatsächlich sieht es eine Übertragung von Wärme zwischen dem in dem Kreislauf 2 zirkulierenden Betriebsfluid und dem in einem geschlossenen Pfad 50 zirkulierenden Wärmeübertragungsfluid sowie die Übertragung von Wärme von dem in dem geschlossenen Pfad 50 zirkulierenden Wärmeübertragungsfluid auf Wasser zur sanitären Verwendung vor, das entlang der ersten Leitung 31 strömt.In fact, it provides for a transfer of heat between the working fluid circulating in the circuit 2 and the heat transfer fluid circulating in a closed path 50, as well as the transfer of heat from the heat transfer fluid circulating in the closed path 50 to water for sanitary use flowing along the first conduit 31.

Die Übertragung von Wärme von dem zirkulierenden Wärmeübertragungsfluid in dem geschlossenen Pfad 50 auf das Wasser zur sanitären Verwendung, das entlang der ersten Leitung 31 strömt, erfolgt in einem Wärmetauscher, der vorzugsweise umfasst:

  • - einen Behälter 53, in dem das Wärmeübertragungsfluid vorhanden ist;
  • - einen Abschnitt der ersten Leitung 31, der in dem Behälter 53 verläuft.
The transfer of heat from the circulating heat transfer fluid in the closed path 50 to the water for sanitary use flowing along the first conduit 31 takes place in a heat exchanger, which preferably comprises:
  • - a container 53 in which the heat transfer fluid is present;
  • - a section of the first line 31 which runs in the container 53.

Üblicherweise definiert ein derartiger Abschnitt eine Rohrschlange 311. Geeigneterweise ist die Rohrschlange 311 in das in dem Behälter 53 vorhandene Wärmeübertragungsfluid eingebettet. Das Wärmeübertragungsfluid ist flüssig. Es kann beispielsweise von der gleichen Art wie das Betriebsfluid sein.Typically, such a section defines a coil 311. Suitably, the coil 311 is embedded in the heat transfer fluid present in the vessel 53. The heat transfer fluid is liquid. For example, it may be of the same type as the operating fluid.

Die erste Leitung 31 ist ein Pfad, der zwischen einer Leitungswassereinleitungszone und einem oder mehreren Wasserhähnen verläuft, die dem Benutzer das Wasser (üblicherweise in Form von fließendem Wasser) zur Verfügung stellen.The first line 31 is a path that runs between a tap water inlet zone and one or more taps that provide the user with water (usually in the form of running water).

Das Verfahren umfasst außerdem den Schritt des Durchführens einer Übertragung von Wärme von dem in dem Kreislauf 2 vorhandenen Betriebsfluid auf Wasser zum Heizen mindestens einer Umgebung eines Gebäudes. Dies erfolgt beispielsweise durch zweite Wärmetauschmittel 4. Üblicherweise umfasst das zweite Wärmeaustauschmittel 4 einen Plattentauscher.The method further comprises the step of transferring heat from the operating fluid present in the circuit 2 to water for heating at least one environment of a building. This is done, for example, by second heat exchange means 4. Typically, the second heat exchange means 4 comprises a plate heat exchanger.

Das Wasser zum Heizen bewegt sich entlang einer zweiten Zufuhrleitung 32. Insbesondere verläuft die Nebenleitung 32 im Kreis. Daher nimmt das Wasser zum Heizen die Wärme auf, erreicht den/die Konvektorheizkörper 7, um mindestens eine Umgebung des Gebäudes zu heizen, und strömt dann zurück, um erneut erwärmt zu werden.The heating water moves along a second supply line 32. In particular, the secondary line 32 runs in a circular pattern. Therefore, the heating water absorbs the heat, reaches the convector radiator(s) 7 to heat at least one environment of the building, and then flows back to be reheated.

Durch die vorliegende Erfindung werden wichtige Vorteile erreicht.The present invention achieves important advantages.

Erstens ermöglicht sie, eine beträchtliche Heizleistung zu erzielen, die perfekt mit der kompatibel ist, die mit dem Heizen mindestens eines Teils eines Gebäudes und dem Erwärmen von Sanitärwasser in Zusammenhang steht. Ferner ermöglicht sie eine einfachere Wartung.First, it allows for significant heating power, perfectly compatible with that associated with heating at least part of a building and heating domestic water. Furthermore, it allows for easier maintenance.

Außerdem ist es möglich, eine kompakte und geräuschlose Lösung zu erhalten. xxx Die Erfindung ist, wie sie konzipiert ist, für zahlreiche Modifikationen und Varianten zugänglich, die alle in den Schutzumfang des dadurch gekennzeichneten erfinderischen Konzepts fallen. Ferner können alle Details durch andere technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden. In der Praxis können alle verwendeten Materialien ebenso wie die Abmessungen je nach Bedarf beliebig sein.Furthermore, it is possible to obtain a compact and silent solution. xxx The invention, as conceived, is susceptible to numerous modifications and variations, all of which fall within the scope of the inventive concept characterized thereby. Furthermore, all details can be replaced by other technically equivalent elements. In practice, all materials used, as well as the dimensions, can be any, as required.

Claims (10)

System zum Erwärmen von Wasser, umfassend: - einen Kreislauf (2), in dem ein Betriebsfluid zirkuliert; wobei der Kreislauf (2) ein Mittel (20) zum Erwärmen des Betriebsfluids umfasst und keinen Verdampfer aufweist, - eine erste Leitung (31) zum Zuführen von Wasser zur sanitären Verwendung, - eine zweite Leitung (32) zum Zuführen von Wasser, das zum Heizen mindestens einer Umgebung eines Gebäudes vorgesehen ist, - erste Wärmeaustauschmittel (5) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf (2) und der ersten Zufuhrleitung (31); - zweite Wärmeaustauschmittel (4) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf (2) und der zweiten Zufuhrleitung (32); dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmungsmittel (20) aus einer Kolbenpumpe (21) besteht.A system for heating water, comprising: - a circuit (2) in which an operating fluid circulates; the circuit (2) comprising a means (20) for heating the operating fluid and not having an evaporator, - a first line (31) for supplying water for sanitary use, - a second line (32) for supplying water intended for heating at least one environment of a building, - first heat exchange means (5) for exchanging heat between the circuit (2) and the first supply line (31); - second heat exchange means (4) for exchanging heat between the circuit (2) and the second supply line (32); characterized in that the heating means (20) consists of a piston pump (21). System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Elektromotor (22) zum Antreiben der Kolbenpumpe (21) umfasst; wobei der Elektromotor (22) ein asynchroner magnetischer Elektromotor (22) ist bzw. diesen umfasst.System according to Claim 1 , characterized in that it comprises an electric motor (22) for driving the piston pump (21); wherein the electric motor (22) is or comprises an asynchronous magnetic electric motor (22). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsfluid R1233ZD(E) ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the operating fluid is R1233ZD(E). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmeaustauschmittel (5) umfasst: - einen Pfad (50), der in sich geschlossen ist, in dem ein Wärmeübertragungsfluid zirkuliert, - einen ersten Wärmetauscher (52), der das in dem Kreislauf (2) zirkulierende Betriebsfluid und das in dem Pfad (50) zirkulierende Wärmeübertragungsfluid in thermische Verbindung bringt, - einen Wärmeaustauschbehälter (53) in thermischer Verbindung mit der ersten Zufuhrleitung (31).System according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat exchange means (5) comprises: - a path (50) which is closed in itself, in which a heat transfer fluid circulates, - a first heat exchanger (52) which brings the operating fluid circulating in the circuit (2) and the heat transfer fluid circulating in the path (50) into thermal communication, - a heat exchange tank (53) in thermal communication with the first supply line (31). System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zufuhrleitung (31) des Wassers zur sanitären Verwendung eine Rohrschlange (311) umfasst, die innerhalb des Behälters (53) verläuft.System according to Claim 4 , characterized in that the first supply line (31) of the water for sanitary use comprises a coil pipe (311) which runs inside the container (53). System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zusätzlichen Wärmetauscher (54) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kreislauf (2) und der ersten Zufuhrleitung (31) umfasst.System according to Claim 5 , characterized in that it comprises an additional heat exchanger (54) for exchanging heat between the circuit (2) and the first supply line (31). System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Drosselventil (23) umfasst, das zwischen dem ersten Wärmetauscher (52) und dem zusätzlichen Wärmetauscher (54) angeordnet ist.System according to Claim 6 , characterized in that it comprises a throttle valve (23) arranged between the first heat exchanger (52) and the additional heat exchanger (54). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuereinheit zum Regeln der Temperaturen und des Drucks umfasst, die erforderlich sind, um das in dem Kreislauf 2 zirkulierende Betriebsfluid in einer flüssigen Phase zu halten.System according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a control unit for regulating the temperatures and pressures required to maintain the operating fluid circulating in the circuit 2 in a liquid phase. Verfahren zum Erwärmen von Wasser unter Einbeziehung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die folgenden Schritte: - Zirkulieren eines Betriebsfluids in einem Kreislauf (2), - Erwärmen des in dem Kreislauf zirkulierenden Betriebsfluids (2), - Durchführen einer Übertragung von Wärme von dem Betriebsfluid auf Wasser zur sanitären Verwendung; wobei sich das Wasser zur sanitären Verwendung entlang einer ersten Zufuhrleitung (31) bewegt, - Durchführen einer Übertragung von Wärme von dem Betriebsfluid auf Wasser zum Heizen mindestens einer Umgebung eines Gebäudes; wobei sich das Wasser zum Heizen entlang einer zweiten Zufuhrleitung (32) bewegt.Method for heating water using the system according to one of the Claims 1 until 8 , comprising the following steps: - Circulating an operating fluid in a circuit (2), - Heating the operating fluid (2) circulating in the circuit, - Carrying out a transfer of heat from the operating fluid to water for sanitary use; wherein the water for sanitary use moving along a first supply line (31), - performing a transfer of heat from the operating fluid to water for heating at least one environment of a building; wherein the water for heating moves along a second supply line (32). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsfluid einen Druck zwischen 6 und 8 bar aufweist.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the operating fluid has a pressure between 6 and 8 bar.
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