DE10336624B4

DE10336624B4 - Device for removing heat from a heat carrier storage

Info

Publication number: DE10336624B4
Application number: DE10336624.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: DE10336624A1

Abstract

Vorrichtung zur Entnahme von Wärme aus einem Wärmeträgerspeicher (1) mit einer einerseits vom Wärmeträger und anderseits von einem aufzuwärmenden Fluid durchströmten Gegenstromwärmetauschereinheit (2) und einer Fördereinrichtung (3) für den Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstromwärmetauschereinheit (2) aus wenigstens zwei in Serie geschalteten Wärmetauschern (8, 9) besteht, wobei der erste der beiden Wärmetauscher (8) an den Wärmeträgervorlauf (4) und der zweite der beiden Wärmetauscher (9) über ein temperaturgeregeltes bzw. -gesteuertes Ventil (10) an den Wärmeträgerrücklauf (5) des Wärmeträgerspeichers (1) angeschlossen ist und dass an eine Verbindungsleitung (11) für den Wärmeträger zwischen den beiden Wärmetauschern (8, 9) eine über ein Ventil (13) in den Wärmeträgerspeicher (1) mündende Überströmleitung (12) anschließt.Device for removing heat from a heat carrier store (1) with a countercurrent heat exchanger unit (2) through which the heat carrier flows and a fluid to be heated and a conveyor (3) for the heat carrier, characterized in that the countercurrent heat exchanger unit (2) consists of at least two in Series of switched heat exchangers (8, 9), wherein the first of the two heat exchangers (8) to the heat carrier (4) and the second of the two heat exchangers (9) via a temperature-controlled or -controlled valve (10) to the heat carrier return (5 ) of the heat carrier reservoir (1) is connected and that connects to a connecting line (11) for the heat transfer between the two heat exchangers (8, 9) via a valve (13) in the heat transfer medium (1) opening overflow line (12).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entnahme von Wärme aus einem Wärmeträgerspeicher mit einer einerseits vom Wärmeträger und anderseits von einem aufzuwärmenden Fluid durchströmten Gegenstromwärmetauschereinheit und einer Fördereinrichtung für den Wärmeträger.The invention relates to a device for removing heat from a heat carrier storage with a flowed on the one hand by the heat transfer medium and on the other hand by a aufwärmenden fluid countercurrent heat exchanger unit and a conveyor for the heat transfer medium.

Bekannte Vorrichtungen zur Entnahme von Wärme aus Wärmespeichern entnehmen den Wärmeträger üblicherweise aus dem heißen Bereich des Wärmeträgerspeichers über einen Wärmeträgervorlauf, pumpen den Wärmeträger mittels der Fördereinrichtung durch die Gegenstromwärmetauschereinheit und leiten den Wärmeträger anschließend über einen Wärmeträgerrücklauf in den „kalten, unteren” Bereich des Wärmträgerspeichers zurück. Das aufzuwärmende Fluid durchströmt die Wärmetauschereinheit derart, dass es eine gewünschte voreinstellbare Temperatur aufweist, wenn es die Wärmetauschereinheit verlässt. Aufgrund von großen Schwankungen in der Menge des aufzuwärmenden Fluides entstehen hohe Temperaturschwankungen des die Wärmetauscher verlassenden Wärmeträgers, wodurch im ungünstigsten Fall sich im Wärmeträgerspeicher warmer und kalter Wärmeträger vermischt, was die nutzbare gespeicherte Energie merklich mindert, da ja für eine gute Nutzung der Energie es gewünscht ist, dem Wärmeträger vor seiner Rückleitung in den kalten Bereich des Wärmeträgerspeichers so viel Energie wie möglich zu entziehen. Deshalb ist es bekannt, anstatt herkömmlicher Speicher Schichtwärmespeicher einzusetzen, bei denen der in den Speicher eingebrachte bzw. rückgeführte Wärmeträger stets der entsprechenden Temperaturschicht zugeführt wird. Diese Schichtwärmespeicher sind aber sehr aufwendig zu fertigen und deshalb teuer in der Anschaffung. Außerdem erfordern Schichtwärmespeicher einen erheblichen Steuer- und Regelaufwand, und deren Wirkungsgrad lässt ebenfalls zu wünschen übrig, da dem Wärmeträger kein Maximum an Wärme entzogen wird.Known devices for removing heat from heat accumulators usually remove the heat transfer medium from the hot region of the heat transfer medium via a heat transfer feed, pump the heat transfer medium by means of the delivery device through the countercurrent heat exchanger unit and then recirculate the heat transfer medium via a heat transfer return to the "cold, lower" region of the heat transfer reservoir , The fluid to be heated flows through the heat exchanger unit such that it has a desired presettable temperature when leaving the heat exchanger unit. Due to large fluctuations in the amount of fluid to be heated arise high temperature fluctuations of the heat exchanger leaving the heat carrier, which mixes in the worst case warm and cold heat transfer in the heat carrier storage, which noticeably reduces the usable stored energy, as it wished for a good use of energy is to withdraw as much energy as possible from the heat transfer medium before it is returned to the cold area of the heat carrier reservoir. Therefore, it is known, instead of using conventional storage layer heat storage in which the introduced into the memory or recycled heat transfer medium is always supplied to the corresponding temperature layer. These layer heat storage are very expensive to produce and therefore expensive to buy. In addition, layer heat storage require a considerable amount of control and regulation, and their efficiency also leaves something to be desired, since the heat transfer medium no heat is removed.

Eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Brauchwarmwasser, die u. a. einen Wärmetauscher, eine Heizwasserpumpe, einen Strömungsschalter und ein Thermostatventil umfasst, ist aus der DE 296 17 756 U1 bekannt, wobei das Thermostatventil als Verteilerventil ausgebildet und im Heizwasserrücklauf hinter den Wärmetauscher eingegliedert ist, ein Thermostatfühler die Temperatur des Heizwasserrücklaufs im Bereich des Thermostatventils misst und ein bei steigender Temperatur öffnender dritter Weg des Thermostatventils an einen Kurzschluss zum Heizwasservorlauf angeschlossen ist.A device for the treatment of domestic hot water, which includes, inter alia, a heat exchanger, a heating water pump, a flow switch and a thermostatic valve is from the DE 296 17 756 U1 known, wherein the thermostatic valve is designed as a distribution valve and incorporated in Heizwasserrücklauf behind the heat exchanger, a thermostat sensor measures the temperature of the Heizwasserrücklaufs in the region of the thermostatic valve and an opening at increasing temperature third way of the thermostatic valve is connected to a short circuit to Heizwasservorlauf.

Aus der DE 298 14 407 U1 ist eine Gasbrennwertkesselanlage bekannt, in der in einem Kessel generierte Wärme mit einem Wärmeträger über eine Vorlaufleitung in einen Pufferspeicher eingebracht wird, wozu im Pufferspeicher ein Wärmetauscher angeordnet ist. Um bei einer derartigen Vorrichtung dennoch möglichst niedrige Rücklauftemperaturen zum Gasbrennwertkessel hin gewährleisten zu können, wird gemäß dieser Druckschrift vorgeschlagen, den Wärmeträger vor Rückführung in den Kessel über einen im Frischwasserzulauf zum Speicher angeordneten Wärmetauscher zu leiten, um dem Wärmeträger Restwärme zu entziehen.From the DE 298 14 407 U1 is a Gasbrennwertkesselanlage known, is introduced in the heat generated in a boiler with a heat transfer medium via a flow line in a buffer memory, including a heat exchanger is arranged in the buffer memory. To be able to ensure the lowest possible return temperatures for Gasbrennwertkessel back in such a device is proposed according to this document to direct the heat transfer before returning to the boiler via a arranged in the fresh water supply to the storage heat exchanger to extract the heat transfer residual heat.

Aus der EP 0931986 B1 ist bekannt, dass der Wasserkreislauf derart verschaltet ist, dass dieser vom Speicher über ein Dreiwegeventil und eine Pumpe mit einer Fußboden- oder Wandheizung verbunden ist und anschließend über einen weiteren Wärmetauscher zurück in den Speicher verläuft.From the EP 0931986 B1 It is known that the water cycle is connected in such a way that it is connected from the memory via a three-way valve and a pump with a floor or wall heating and then passes through another heat exchanger back into the memory.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entnahme von Wärme aus einem Wärmeträgerspeicher der eingangs geschilderten Art anzugeben, die mit möglichst geringem Material und Kostenaufwand eine möglichst gute Rückgewinnung von in einem Wärmespeicher gespeicherter Energie gestattet.The invention is therefore based on the object of specifying a device for removing heat from a heat carrier storage of the type described, which allows the best possible recovery of energy stored in a heat storage with the lowest possible material and cost.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Gegenstromwärmetauschereinheit besteht aus wenigstens zwei in Serie geschalteten Wärmetauschern, wobei der erste der beiden Wärmetauscher an den Wärmeträgervorlauf und der zweite der beiden Wärmetauscher über ein temperaturgeregeltes bzw. -gesteuertes Ventil an den Wärmeträgerrücklauf des Wärmeträgerspeichers angeschlossen ist und dass an eine Verbindungsleitung für den Wärmeträger zwischen den beiden Wärmetauschern eine über ein Ventil in den Wärmeträgerspeicher mündende Überströmleitung anschließt.The object of the invention is achieved by a device having the features of patent claim 1. The countercurrent heat exchanger unit consists of at least two series-connected heat exchangers, wherein the first of the two heat exchangers connected to the heat transfer and the second of the two heat exchangers via a temperature-controlled or -controlled valve to the heat carrier return of the heat carrier storage and that to a connecting line for the heat transfer between the two heat exchangers connected via a valve opening into the heat transfer medium overflow.

Die Gegenstromwärmetauschereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus zwei in Serie geschalteten Wärmetauschern, von denen der erste der beiden Wärmetauscher das aufzuwärmende Fluid auf die gewünschte Endtemperatur erwärmt, und der zweite der beiden Wärmetauscher für eine Vorwärmung des aufzuwärmenden Fluides sorgt. Das temperaturgeregelte bzw. -gesteuerte Ventil dient dazu, dass kein zu warmes Wasser aus dem Wärmetauscher über den Wärmeträgerrücklauf in den Wärmeträgerspeicher geleitet wird und dem Wärmeträger somit möglichst viel Energie entzogen wird. Die dem Wärmeträgerspeicher entnommene Wärmeträgermenge wird derart geregelt, dass das die Gegenstromwärmetauschereinheit verlassende aufzuwärmende Fluid eine voreingestellte Temperatur erreicht, wobei der Wärmeträger einerseits über das temperaturgeregelte bzw. -gesteuerte Ventil in den Wärmeträgerrücklauf fließen kann, wenn dem Wärmeträger eine ausreichende, voreinstellbare Wärmemenge entzogen wurde, oder aber über die Überströmleitung zwischen den beiden Wärmetauschern in den Wärmeträgerspeicher im Bereich zwischen Wärmeträgervorlauf und Wärmeträgerrücklauf mündet. Das temperaturgeregelte bzw. gesteuerte Ventil lässt den Wärmeträger lediglich dann über den Wärmeträgerrücklauf in den Wärmespeicher fließen, wenn der Wärmeträger im Wärmetauscher auf eine voreinstellbare Temperatur abgekühlt wurde. Andernfalls fließt der durch die Gegenstromwärmetauschereinheit geförderte Wärmeträger jeweils über die Überströmleitung in den Wärmeträgerspeicher. Damit ist sichergestellt, dass dem Wärmeträger einerseits möglichst viel Energie zur Erwärmung des Fluides entzogen, anderseits aber die heiße Zone des Wärmeträgerspeichers dabei möglichst wenig abgekühlt wird, wodurch sich eine maximale Temperaturspreizung zwischen warmer und kalter Zone ergibt. Das Ventil in der Überströmleitung kann ein geregeltes bzw. gesteuertes Ventil sein, besonders vorteilhafte, weil einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn das Ventil in der Überströmleitung ein Rückschlagventil, eine Rückschlagklappe oder ein Überdruckventil ist, welches das Ventil automatisch öffnet, wenn das temperaturgeregelte bzw. -gesteuerte Ventil schließt und die Fördereinrichtung den Wärmeträger durch die Gegenstromwärmetauschereinheit pumpt.The countercurrent heat exchanger unit of the device according to the invention consists of two heat exchangers connected in series, of which the first of the two heat exchangers heats the fluid to be heated to the desired end temperature, and the second of the two heat exchangers provides preheating of the fluid to be heated. The temperature-controlled or -controlled valve serves to ensure that no too hot water is passed from the heat exchanger via the heat carrier return into the heat carrier reservoir and thus the heat transfer medium as much energy is withdrawn. The amount of heat transfer fluid removed from the heat carrier accumulator is controlled in such a way that the fluid to be heated leaving the countercurrent heat exchanger unit reaches a preset temperature, wherein the heat carrier can flow via the temperature-controlled or -controlled valve into the heat carrier return, if the heat transfer medium has sufficient, Pre-adjustable amount of heat was withdrawn, or else opens via the overflow between the two heat exchangers in the heat transfer fluid in the area between the heat transfer and heat transfer return. The temperature-controlled or controlled valve allows the heat transfer medium to flow via the heat carrier return into the heat storage tank only when the heat transfer medium in the heat exchanger has been cooled to a presettable temperature. Otherwise, the heat carrier conveyed through the countercurrent heat exchanger unit in each case flows via the overflow line into the heat carrier store. This ensures that the heat transfer medium on the one hand as much energy for heating the fluid withdrawn, but on the other hand, the hot zone of the heat carrier storage is cooled as little as possible, resulting in a maximum temperature difference between the warm and cold zone. The valve in the overflow can be a controlled valve, particularly advantageous because simple construction conditions arise when the valve in the overflow is a check valve, a non-return valve or a pressure relief valve, which automatically opens the valve when the temperature controlled or controlled valve closes and the conveyor pumps the heat transfer medium through the countercurrent heat exchanger unit.

Um die Temperaturverteilung in der heißen Zone des Wärmeträgerspeichers möglichst vorteilhaft zu beeinflussen und um keine Vermischung von heißem und kaltem Wärmeträger befürchten zu müssen, wird vorgeschlagen, dass die Überströmleitung im oberen Drittel des Wärmeträgerspeichers in den Wärmeträgerspeicher mündet.In order to influence the temperature distribution in the hot zone of the heat transfer medium as advantageous as possible and to avoid fear of mixing of hot and cold heat carrier, it is proposed that the overflow opens in the upper third of the heat carrier storage in the heat carrier.

Um insbesondere bei sonst nach längeren Entnahmepausen möglichen Übertemperaturen von z. B. mehr als 65°C des aufzuwärmenden Fluids Abhilfe zu schaffen, ist für die Fördereinrichtung eine Steuereinheit vorgesehen, die Signale von einem Strömungsschalter am Einlauf des zweiten Wärmetauschers und einem Temperatursensor im Auslaufbereich des ersten Wärmetauschers empfängt und die Fördereinrichtung bei Anströmung des Strömungsschalters nur einschaltet, wenn am Temperatursensor keine Übertemperatur anliegt.In order in particular for otherwise possible after longer withdrawal pauses overtemperatures of z. B. more than 65 ° C to provide the fluid to be remedied, a control unit is provided for the conveyor, which receives signals from a flow switch at the inlet of the second heat exchanger and a temperature sensor in the outlet region of the first heat exchanger and the conveyor only turns on flow of the flow switch , if there is no overtemperature at the temperature sensor.

Wird eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung angestrebt, empfiehlt es sich, wenn die Wärmetauscher der Gegenstromwärmetauschereinheit Plattenwärmetauscher sind.If a particularly compact design of the device according to the invention is desired, it is recommended that the heat exchangers of the countercurrent heat exchanger unit are plate heat exchangers.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Anlagenschemas beispielsweise dargestellt.In the drawing, the invention is illustrated by means of a plant scheme, for example.

Eine Vorrichtung zur Entnahme von Wärme aus einem Wärmeträgerspeicher 1 umfasst eine einerseits vom Wärmeträger und anderseits von einem aufzuwärmenden Fluid durchströmten Gegenstromwärmetauschereinheit 2 und einer Fördereinrichtung 3 für den Wärmeträger. Die Gegenstromwärmetauschereinheit 2 ist über einen Wärmeträgervorlauf 4 und über einem Wärmeträgerrücklauf 5 an den Wärmeträgerspeicher 1 angeschlossen, wobei der Wärmeträgervorlauf 4 in die heiße Zone und der Wärmeträgerrücklauf 5 in die kalte Zone des Wärmeträgerspeichers 1 mündet. Außerdem wird die Gegenstromwärmetauschereinheit 2 über eine Zuleitung 6 mit einem aufzuwärmenden Fluid versorgt und wird das in der Gegenstromwärmetauschereinheit 2 aufgewärmte Fluid anschließend über eine Ableitung 7 an ein nicht näher dargestelltes Warmwassernetz abgegeben.A device for removing heat from a heat carrier storage 1 comprises a countercurrent heat exchanger unit through which the heat transfer medium flows on the one hand and a fluid to be heated on the other hand 2 and a conveyor 3 for the heat carrier. The counterflow heat exchanger unit 2 is via a heat carrier feed 4 and over a heat carrier return 5 to the heat carrier storage 1 connected, wherein the heat carrier feed 4 into the hot zone and the heat transfer return 5 in the cold zone of the heat carrier reservoir 1 empties. In addition, the countercurrent heat exchanger unit 2 via a supply line 6 is supplied with a fluid to be heated and that in the countercurrent heat exchanger unit 2 warmed fluid then via a drain 7 delivered to a not detailed hot water.

Die Gegenstromwärmetauschereinheit 2 besteht aus zwei in Serie geschalteten Wärmetauschern 8, 9, wobei der erste der beiden Wärmetauscher 8 an den Wärmeträgervorlauf 4 und der zweite der beiden Wärmetauscher 9 über ein temperaturgeregeltes bzw. -gesteuertes Ventil 10 an den Wärmeträgerrücklauf 5 des Wärmeträgerspeichers 1 angeschlossen ist. Dem ersten Wärmetauscher 8 zugeführter Wärmeträger wird über eine Verbindungsleitung 11 an den zweiten Wärmetauscher 9 weitergeleitet oder aber mündet über eine an die Verbindungsleitung 11 angeschlossene Überströmleitung 12 und ein in der Überströmleitung 12 angeordnetes Ventil 13 in den Wärmeträgerspeicher und zwar im oberen Drittel des Wärmeträgerspeichers 1.The counterflow heat exchanger unit 2 consists of two series-connected heat exchangers 8th . 9 , wherein the first of the two heat exchangers 8th to the heat carrier feed 4 and the second of the two heat exchangers 9 via a temperature-controlled or -controlled valve 10 to the heat transfer return 5 the heat carrier storage 1 connected. The first heat exchanger 8th supplied heat transfer medium is via a connecting line 11 to the second heat exchanger 9 forwarded or flows via a to the connecting line 11 connected overflow line 12 and one in the overflow line 12 arranged valve 13 in the heat carrier storage and that in the upper third of the heat carrier storage 1 ,

Dem Rücklauf des aufzuwärmenden Fluids des ersten Wärmetauschers 8 ist ein an eine Steuereinheit 14 angeschlossener Temperatursensor 15 zugeordnet, ferner ist am Einlauf des zweiten Wärmetauschers 9 ein Strömungsschalter 18 vorgesehen, der ebenfalls mit der Steuereinheit 14 verbunden ist, wobei diese Steuereinheit 14 die Fördereinrichtung 3 nur dann einschaltet, wenn beim Ansprechen des Strömungsschalters am Temperatursensor 15 keine Übertemperatur anliegt. Durch Entnahme über die Leitung 7 wird die höhere Temperatur im Wärmetauscher 8 rasch abgebaut, so dass dann die Fördereinrichtung wieder einschaltet.The return of the fluid to be heated of the first heat exchanger 8th is a to a control unit 14 connected temperature sensor 15 assigned, further is at the inlet of the second heat exchanger 9 a flow switch 18 provided, which also with the control unit 14 is connected, this control unit 14 the conveyor 3 only turns on when responding to the flow switch on the temperature sensor 15 no overtemperature is applied. By removal via the line 7 becomes the higher temperature in the heat exchanger 8th rapidly degraded, so that then turns on the conveyor again.

Zur Erreichung der gewünschten Rücklauftemperatur des aufzuwärmenden Fluids wird der Wärmeträger von der Fördereinrichtung 3 zuerst dem ersten Wärmetauscher 8 und anschließend über die Verbindungsleitung 11 dem Wärmetauscher 9 zugeführt. Das aufzuwärmende Fluid strömt zunächst über die Zuleitung 6 durch den zweiten Wärmetauscher 9 und anschließend über eine Leitung 16 durch den ersten Wärmetauscher 8, wo es auf die gewünschte Endtemperatur gebracht wird. Im zweiten Wärmetauscher 9 auf ein voreingestelltes Maß abgekühlter Wärmeträger, welches Maß von einem Temperatursensor 17 erkannt wird, wird über den Rücklauf in den kalten Bereich des Wärmeträgerspeichers 1 zurückgefördert. Ist das Ventil 10 gesperrt, kann der Wärmeträger über die Überströmleitung 12 und das Ventil 13 in den Wärmeträgerspeicher 1 rückströmen.To achieve the desired return temperature of the fluid to be heated, the heat transfer medium from the conveyor 3 first to the first heat exchanger 8th and then via the connecting line 11 the heat exchanger 9 fed. The fluid to be heated initially flows over the supply line 6 through the second heat exchanger 9 and then via a line 16 through the first heat exchanger 8th where it is brought to the desired final temperature. In the second heat exchanger 9 Cooled to a preset level of heat transfer, which measure of a temperature sensor 17 is detected, is via the return to the cold area of the heat carrier tank 1 conveyed back. Is the valve 10 locked, the heat transfer medium via the overflow line 12 and the valve 13 in the heat carrier storage 1 flow back.

Der Vollständigkeit halber wurde in der Zeichnung noch strichliert eine aus Pumpe 19 und Rückschlagventil 20 in einer Kurzschlussleitung 21 bestehende Umwälzeinrichtung dargestellt, die bei längeren Entnahmepausen einschaltet, um zu gewährleisten, dass an den Entnahmestellen ausreichend erwärmte Flüssigkeit zur Verfügung steht.For the sake of completeness, a dashed line in the drawing was a pump 19 and check valve 20 in a short circuit line 21 existing circulation device is shown, which turns on at longer withdrawal intervals, to ensure that at the sampling points sufficiently heated liquid is available.

Claims

Device for removing heat from a heat carrier storage ( 1 ) with a on the one hand by the heat transfer medium and on the other hand by a fluid to be heated by flowing countercurrent heat exchanger unit ( 2 ) and a conveyor ( 3 ) for the heat carrier, characterized in that the countercurrent heat exchanger unit ( 2 ) of at least two series-connected heat exchangers ( 8th . 9 ), the first of the two heat exchangers ( 8th ) to the heat carrier feed ( 4 ) and the second of the two heat exchangers ( 9 ) via a temperature-controlled or -controlled valve ( 10 ) to the heat carrier return ( 5 ) of the heat carrier reservoir ( 1 ) and that to a connecting line ( 11 ) for the heat transfer medium between the two heat exchangers ( 8th . 9 ) one via a valve ( 13 ) in the heat carrier storage ( 1 ) discharging overflow line ( 12 ).

Device according to claim 1, characterized in that the valve ( 13 ) in the overflow line is a check valve or a pressure relief valve.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the overflow line ( 12 ) in the upper third of the heat carrier storage ( 1 ) in the heat carrier storage ( 1 ) opens.