DE20009289U1 - Heat transfer system - Google Patents
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Description
Eugen GersterEugene Gerster
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WÄRMETRANSPORTSYSTEMHEAT TRANSPORT SYSTEM
Die Erfindung betrifft ein Wärmetransportsystem mit mindestens einer Wärmeerzeugungseinrichtung zum Erwärmen eines Flüssigkeitsmediums, einem Rohrsystem zum Transport des Flüssigkeitsmediums, einer Pumpe zum Fördern des in dem Rohrsystem enthaltenen Flüssigkeitsmediums sowie mindestens einer Wärmeabgabeeinrichtung zum Abgeben der in dem Flüssigkeitsmedium gespeicherten Wärme, wobei mindestens eine Wärmeerzeugungseinrichtung, die Pumpe und die mindestens eine Wärmeabgabeeinrichtung in Verbindung mit dem Rohrsystem einen Hauptströmungskreislauf bilden.The invention relates to a heat transport system with at least one heat generating device for heating a liquid medium, a pipe system for transporting the liquid medium, a pump for conveying the liquid medium contained in the pipe system and at least one heat dissipation device for dissipating the heat stored in the liquid medium, wherein at least one heat generating device, the pump and the at least one heat dissipation device in conjunction with the pipe system form a main flow circuit.
Wärmetransportsysteme der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik seit längerem bekannt. Da es insbesondere bei Ausführungen, in denen eine Mehrzahl parallel geschalteter Wärmeabgabeeinrichtungen aktivierbar sind, zeitweise zu einem so hohen Wärmeabtransport aus dem System kommen kann, dass eine einzelne WärmeerzeugungseinrichtungHeat transport systems of the type mentioned above have been known in the state of the art for some time. Since, particularly in designs in which a plurality of parallel-connected heat emitting devices can be activated, the heat removal from the system can be so high at times that a single heat generating device
nicht genügend Wärme zum ausreichenden Beheizen aller Wärmeabgabeeinrichtungen in der Lage ist, ist es im Stand der Technik bekannt, eine Mehrzahl von Wärmeerzeugungseinrichtungen, in der Regel jedoch lediglich zwei Wärmeerzeugungseinrichtungen, entweder in Kaskade hintereinander anzuordnen oder parallel zueinander anzuordnen, wobei die jeweils zweite Wärmeerzeugungseinrichtung zu Zeiten von Wärmeentnahmespitzen zusätzlich zur ersten Wärmeerzeugungseinrichtung aktivierbar ist.not enough heat to adequately heat all heat-emitting devices, it is known in the prior art to arrange a plurality of heat generating devices, but usually only two heat generating devices, either in cascade one behind the other or in parallel to one another, wherein the second heat generating device can be activated in addition to the first heat generating device at times of heat extraction peaks.
Im Fall einer Hintereinanderanordnung zweier Wärmeerzeugungseinrichtungen ist dies jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass in einem nicht-aktivierten Zustand der jeweils zweiten Wärmeerzeugungseinrichtung diese von durch die erste Wärmeerzeugungseinrichtung erwärmtem Flüssigkeitsmedium durchströmt wird, wodurch dem Flüssigkeitsmedium ein beträchtlicher Teil an Wärmeenergie entzogen wird. Ein Parallelschalten zweier Wärmeerzeugungseinrichtungen ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass im Falle einer Aktivierung der zweiten Wärmeerzeugungseinrichtung die erste Wärmeerzeugungseinrichtung von einer geringeren Menge an Flüssigkeitsmedium durchströmt wird und deshalb eine Adaption an diesen neuen Betriebszustand dahingehend erforderlich wird, dass eine Leistungsanpassung an diesen geringeren Durchsatz von Flüssigkeitsmedium erfolgt, in dem die Wärmeproduktion gesenkt wird. Obwohl eine derartige Leistungsanpassung bei modernen Wärmeerzeugungseinrichtungen mit Hilfe von Sensoren und geeigneten Regelsystemen automatisch vollzogen wird, bewirkt, eine derartige Leistungsanpassung jedoch eine zumindest zeitlich begrenzte Minderung des Wirkungsgrades einer derartigen Wärmeerzeugungseinrichtung. In den beiden obigen BeispielenIn the case of a series arrangement of two heat generating devices, however, this is associated with the disadvantage that in a non-activated state of the second heat generating device, the liquid medium heated by the first heat generating device flows through it, whereby a considerable amount of heat energy is extracted from the liquid medium. Connecting two heat generating devices in parallel is associated with the disadvantage that in the event of activation of the second heat generating device, the first heat generating device is flowed through by a smaller amount of liquid medium and therefore adaptation to this new operating state is required in such a way that a power adjustment is made to this lower flow rate of liquid medium by reducing the heat production. Although such a power adjustment is carried out automatically in modern heat generating devices with the aid of sensors and suitable control systems, such a power adjustment causes at least a temporary reduction in the efficiency of such a heat generating device. In the two examples above
sind die jeweiligen Wärmeerzeugungseinrichtungen in einem Hauptströmungskreislauf des entsprechenden Wärmetransportsystems vorgesehen.the respective heat generation devices are provided in a main flow circuit of the corresponding heat transport system.
Im Stand der Technik sind auch Wärmetransportsysteme bekannt, bei denen eine Mehrzahl von Wärmeerzeugungseinrichtungen in jeweiligen Nebenströmungskreisläufen des Hauptströmungskreislaufes angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Wärmeabgabeeinrichtungen in dem Hauptströmungskreislauf vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung von Wärmeerzeugungseinrichtungen weist den Vorteil auf, dass an den jeweils deaktivierten Wärmeerzeugungseinrichtungen keine Wärmeverluste auftreten, da diese nicht von Flüssigkeitsmedium durchströmt werden. Des weiteren weisen derartige Wärmetransportsysteme den Vorteil auf, dass im Falle einer Aktivierung einer weiteren Wärmeerzeugungseinrichtung der Durchsatz an Flüssigkeitsmedium durch die jeweils schon aktivierten Wärmeerzeugungseinrichtungen konstant bleibt und insbesondere nicht abnimmt, wodurch keinerlei adaptive Maßnahmen zur Leistungsanpassung der jeweils schon aktivierten Wärmeerzeugungseinrichtungen notwendig ist. Diese bekannten Wärmetransportsysteme weisen jedoch den gravierenden Nachteil auf, dass aufgrund einer jeweils nicht vollständigen Einkopplung des Flüssigkeitsmediums eines Nebenströmungskreislaufes in den Hauptströmungskreislauf die Temperatur im Hauptströmungskreislauf niedriger bemessen ist als die Temperatur in einem jeweiligen aktivierten Nebenströmungskreislauf. Dieser Umstand hat zur Folge, dass die Wärmeerzeugungseinrichtungen in den jeweiligen Nebenströmungskreisläufen für höhere Temperaturen ausgelegt sein müssen und eine höhere Temperatur erzeugen könnenHeat transport systems are also known in the prior art in which a plurality of heat generating devices are arranged in respective secondary flow circuits of the main flow circuit, with the plurality of heat dissipation devices being provided in the main flow circuit. Such an arrangement of heat generating devices has the advantage that no heat losses occur at the heat generating devices that are deactivated in each case, since liquid medium does not flow through them. Furthermore, such heat transport systems have the advantage that in the event of activation of a further heat generating device, the flow rate of liquid medium through the heat generating devices that have already been activated remains constant and in particular does not decrease, as a result of which no adaptive measures are necessary to adjust the performance of the heat generating devices that have already been activated. However, these known heat transport systems have the serious disadvantage that, due to incomplete coupling of the liquid medium of a secondary flow circuit into the main flow circuit, the temperature in the main flow circuit is lower than the temperature in a respective activated secondary flow circuit. This means that the heat generation devices in the respective bypass circuits must be designed for higher temperatures and can generate a higher temperature
müssen, als im Hauptströmungskreislauf den Wärmeabgabeeinrichtungen zur Verfügung gestellt werden kann. Daraus ergibt sich auch ein schlechter Wirkungsgrad beim Betrieb dieser bekannten Wärmetransportsysteme.than can be made available to the heat dissipation devices in the main flow circuit. This also results in poor efficiency in the operation of these known heat transport systems.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmetransportsystem zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad gegenüber den bekannten Wärmetransportsystemen verbessert ist.The object of the invention is to provide a heat transport system in which the efficiency is improved compared to the known heat transport systems.
Für ein Wärmetransportsystem der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein zweites, einen Nebenströmungskreislauf zum Hauptströmungskreislauf bildendes Rohrsystem mit einer zweiten Wärmeerzeugungseinrichtung und einer zweiten Pumpe über ein Verteilerventil an den Hauptströmungskreislauf anschließbar ist, derart, dass ein Abschnitt des Nebenströmungskreislaufes in den Hauptströmungskreislauf integriert ist.For a heat transport system of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that a second pipe system forming a secondary flow circuit to the main flow circuit with a second heat generating device and a second pump can be connected to the main flow circuit via a distributor valve in such a way that a section of the secondary flow circuit is integrated into the main flow circuit.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetransportsystem wird durch das Merkmal, dass ein zweites, einen Nebenströmungskreislauf zum Hauptströmungskreislauf bildendes Rohrsystem mit einer zweiten Wärmeerzeugungseinrichtung und einer zweiten Pumpe über ein Verteilerventil in den Hauptströmungskreislauf anschließbar ist derart, dass ein Abschnitt des Nebenströmungskreislaufes in den Hauptströmungskreislauf integriert ist, erreicht, dass die in dem Nebenströmungskreislauf angeordnete zweite Wärmeerzeugungseinrichtung zum einen in deaktiviertem Zustand nicht von Flüssigkeitsmedium durchströmt ist und somit keine Wärme aus dem Flüssigkeitsmedium aufnimmt undIn the heat transport system according to the invention, the feature that a second pipe system forming a secondary flow circuit to the main flow circuit with a second heat generating device and a second pump can be connected to the main flow circuit via a distributor valve in such a way that a section of the secondary flow circuit is integrated into the main flow circuit ensures that the second heat generating device arranged in the secondary flow circuit is not flowed through by liquid medium in the deactivated state and thus does not absorb any heat from the liquid medium and
zu Wärmeverlusten aus dem Wärmetransportsystem beiträgt, und zum anderen in aktiviertem Zustand, d.h. in Zeitabschnitten, in denen Spitzenwerte bei der Wärmeabgabe aus den Wärmeabgabeeinrichtungen zu verzeichnen sind, eine sehr genaue Temperaturregelung des in dem Hauptströmungskreislauf befindlichen Flüssigkeitsmediums dadurch ermöglichen, dass sowohl die Förderleistung der zweiten, in dem Nebenströmungskreislauf angeordneten Pumpe als auch die Wärmeabgabe, d.h. der Grad der Wärmeerzeugung in der zweiten, in dem Nebenströmungskreislauf angeordneten Wärmeerzeugungseinrichtung änderbar sind.contributes to heat losses from the heat transport system and, on the other hand, in the activated state, i.e. in periods in which peak values are recorded in the heat emission from the heat emission devices, enable very precise temperature control of the liquid medium in the main flow circuit by changing both the delivery rate of the second pump arranged in the secondary flow circuit and the heat emission, i.e. the degree of heat generation in the second heat generation device arranged in the secondary flow circuit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist das Verteilerventil als Drei-Weg-Ventil ausgeführt. Dadurch wird auf eine sehr einfache wie auch effektive Weise eine Integrabilität eines Abschnitts des Nebenströmungskreislaufes in den Hauptströmungskreislauf erreicht. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Verteilerventil zwei Durchgangsventile enthält.According to a preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, the distributor valve is designed as a three-way valve. This allows a section of the secondary flow circuit to be integrated into the main flow circuit in a very simple and effective manner. Alternatively, the distributor valve can contain two through valves.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transportsystems ist vorgesehen, dass die Integration des Abschnittes des Nebenströmungskreislaufes in den Hauptströmungskreislauf stromabwärts der ersten Wärmeerzeugungseinrichtung des Hauptströmungskreislaufes vorgesehen ist. Dadurch wird erreicht, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung des Hauptströmungskreislaufes von Flüssigkeitsmedium durchströmt wird, das die Wärmeabgabeeinrichtungen bereits durchlaufen hat und somit die niedrigste Temperatur im Rohrsystem des Wärmetransportsystems aufweist, so dass das Flüssigkeitsmedium beim Durchlaufen der erstenAccording to a further preferred embodiment of the transport system according to the invention, it is provided that the integration of the section of the secondary flow circuit into the main flow circuit is provided downstream of the first heat generating device of the main flow circuit. This ensures that the heat generating device of the main flow circuit is flowed through by liquid medium that has already passed through the heat dissipation devices and thus has the lowest temperature in the pipe system of the heat transport system, so that the liquid medium when passing through the first
Wärmeerzeugungseinrichtung des Hauptströmungskreislaufes eine maximale Wärmeaufnahme erfährt, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugungseinrichtung des Hauptströmungskreislaufes maximiert ist.Heat generating device of the main flow circuit experiences maximum heat absorption, whereby the efficiency of the heat generating device of the main flow circuit is maximized.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist die erste, im Hauptströmungskreislauf angeordnete Wärmeerzeugungseinrichtung als Brennwertkessel ausgeführt. Dabei handelt es sich erfindungsgemäß um eine Wärmeerzeugungseinrichtung, bei der die bei einem Verbrennungsprozess in dieser Wärmeerzeugungseinrichtung entstehenden Abgase zusätzlich für eine Erwärmung des Flüssigkeitsmediums des Hauptströmungskreislaufes genutzt werden.According to a further preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, the first heat generating device arranged in the main flow circuit is designed as a condensing boiler. According to the invention, this is a heat generating device in which the exhaust gases generated during a combustion process in this heat generating device are additionally used to heat the liquid medium of the main flow circuit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist vorgesehen, dass die im Hauptströmungskreis angeordnete Wärmeabgabeeinrichtung als Blockheizkraftwerk ausgeführt ist.According to a further preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, it is provided that the heat dissipation device arranged in the main flow circuit is designed as a combined heat and power plant.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist vorgesehen, dass die in dem Nebenströmungskreislauf vorgesehene Wärmeerzeugungseinrichtung über mindestens ein Umschaltventil wahlweise in den Hauptströmungskreislauf einbringbar ist.According to a further preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, it is provided that the heat generating device provided in the secondary flow circuit can be selectively introduced into the main flow circuit via at least one changeover valve.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist vorgesehen, dass Pumpeinrichtungen vorgesehen sind, die bewirken, dass der Volumenstrom des Nebenstromkreislaufes um 10 % höher als der Volumenstrom des Hauptstromkreises bemessen ist.According to a further preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, pumping devices are provided which ensure that the volume flow of the secondary flow circuit is 10% higher than the volume flow of the main flow circuit.
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Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist vorgesehen, dass Pumpeinrichtungen vorgesehen sind, die bewirken, dass der Volumenstrom des Nebenstromkreislaufes um 50 % höher als der Volumenstrom des Hauptstromkreises bemessen ist.According to an alternative preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, pumping devices are provided which cause the volume flow of the secondary flow circuit to be 50% higher than the volume flow of the main flow circuit.
Gemäß einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist vorgesehen, dass Pumpeinrichtungen vorgesehen sind, die bewirken, dass der Volumenstrom des Nebenstromkreislaufes um 100 % höher als der Volumenstrom des Hauptstromkreises bemessen ist.According to a further alternative preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, it is provided that pumping devices are provided which cause the volume flow of the secondary flow circuit to be 100% higher than the volume flow of the main flow circuit.
Gemäß einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems ist vorgesehen, dass Pumpeinrichtungen vorgesehen sind, die bewirken, dass der Volumenstrom des Nebenstromkreislaufes um 150 % höher als der Volumenstrom des Hauptstromkreises bemessen ist.According to a further alternative preferred embodiment of the heat transport system according to the invention, it is provided that pumping devices are provided which cause the volume flow of the secondary flow circuit to be 150% higher than the volume flow of the main flow circuit.
Die erfindungsgemäße Wärmetransportsystem wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in der Figur der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigt:The heat transport system according to the invention is explained below using a preferred embodiment, which is shown in the figure of the drawing. Therein shows:
Fig.l eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems in einer schematischen Ansicht.Fig.l shows a preferred embodiment of the heat transport system according to the invention in a schematic view.
Die in Figur 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetransportsystems 10 weist eine Wärmeerzeugungseinrichtung 11 zum Erwärmen eines in einem Rohrsystem 12 zirkulierenden Flüssigkeitsmediums 13 auf, wobei eine Pumpe 14 zum Fördern des in dem Rohrsystem 12The preferred embodiment of the heat transport system 10 according to the invention shown in Figure 1 comprises a heat generating device 11 for heating a liquid medium 13 circulating in a pipe system 12, wherein a pump 14 for conveying the liquid medium 13 in the pipe system 12
enthaltenen Flüssigkeitsmediums 13 vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Wärmetransportsystem 10 enthält zwei Wärmeabgabeeinrichtungen 15, 15' zum Abgeben der in dem Flüssigkeitsmedium 13 gespeicherten Wärme, wobei die Wärmeerzeugungseinrichtung 11, die Pumpe 14 und die zwei eine Wärmeabgabeeinrichtungen 15, 15' in Verbindung mit dem Rohrsystem einen ersten Hauptströmungskreislauf bilden.The heat transport system 10 according to the invention contains two heat dissipation devices 15, 15' for dissipating the heat stored in the liquid medium 13, wherein the heat generating device 11, the pump 14 and the two heat dissipation devices 15, 15' in conjunction with the pipe system form a first main flow circuit.
Ein zweites Rohrsystem 16, das einen Nebenströmungskreislauf zum Hauptströmungskreislauf bildet und eine zweite Wärmeerzeugungseinrichtung 17 und eine zweite Pumpe 18 enthält, ist über ein Verteilerventil 19 an den Hauptströmungskreislauf anschließbar derart, dass ein Abschnitt 20 des Nebenströmungskreislaufes in den Hauptströmungskreislauf integriert ist. Der in den Hauptströmungskreislauf integrierte Abschnitt 20 des Nebenströmungskreislaufes ist dabei stromabwärts der ersten Wärmeerzeugungseinrichtung des Hauptströmungskreislaufes vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel deuten Pfeile die Flussrichtung des Flüssigkeitsmediums 13 in den Rohrsystemen 12 und 16 an.A second pipe system 16, which forms a secondary flow circuit to the main flow circuit and contains a second heat generating device 17 and a second pump 18, can be connected to the main flow circuit via a distributor valve 19 such that a section 20 of the secondary flow circuit is integrated into the main flow circuit. The section 20 of the secondary flow circuit integrated into the main flow circuit is provided downstream of the first heat generating device of the main flow circuit. In the embodiment shown, arrows indicate the flow direction of the liquid medium 13 in the pipe systems 12 and 16.
Bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Wärmetransportsystem 10 ist das Verteilerventil 19 als Drei-Weg-Ventil ausgeführt ist.In the illustrated heat transport system 10 according to the invention, the distribution valve 19 is designed as a three-way valve.
Die erste, im Hauptströmungskreis angeordneteThe first, arranged in the main flow circuit
Wärmeerzeugungseinrichtung 11 ist bei dem dargestelltenHeat generating device 11 is in the illustrated
erfindungsgemäßen Wärmetransportsystem 10 als Brennwertkessel ausgeführt ist.The heat transport system 10 according to the invention is designed as a condensing boiler.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durchThe embodiment of the invention explained above serves only for the purpose of a better understanding of the
die Ansprüche vorgegebenen erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.the inventive teaching given in the claims, which as such is not limited by the embodiment.
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