CZ37837U1 - A hydraulic connection of a hybrid thermal source with energy storage - Google Patents
A hydraulic connection of a hybrid thermal source with energy storage Download PDFInfo
- Publication number
- CZ37837U1 CZ37837U1 CZ2024-41716U CZ202441716U CZ37837U1 CZ 37837 U1 CZ37837 U1 CZ 37837U1 CZ 202441716 U CZ202441716 U CZ 202441716U CZ 37837 U1 CZ37837 U1 CZ 37837U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- heat
- boiler
- valve
- heat pump
- energy storage
- Prior art date
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
- F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
- F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/48—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water
- F24H1/50—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water incorporating domestic water tanks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H9/00—Details
- F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Description
Hydraulické zapojení hybridního tepelného zdroje s akumulací energieHydraulic connection of a hybrid heat source with energy storage
Oblast technikyField of technology
Technické řešení se týká hydraulického zapojení hybridního tepelného zdroje s akumulací energie, který je opatřen akumulační nádobou. Hybridní tepelný zdroj je vhodný zejména k zajištění tepla a teplé vody v rodinném domku, domě nebo komerčním objektu. Hybridní tepelný zdroj je opatřen hydraulickými okruhy, kterých se toto řešení týká.The technical solution concerns the hydraulic connection of a hybrid heat source with energy storage, which is equipped with a storage container. A hybrid heat source is particularly suitable for providing heat and hot water in a family home, house or commercial building. The hybrid heat source is equipped with hydraulic circuits that are affected by this solution.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
V současné době sestávají tepelné zdroje obvykle ze samostatných zdrojových jednotek. Tepelný zdroj je tvořen kotlem, který je obvykle na pevná nebo plynná paliva nebo tepelným čerpadlem, obvykle typu vzduch/voda. Rovněž jsou známy elektrokotle, které jsou jednoduché, ale svou vysokou spotřebou provozně málo ekonomické. Existují rovněž hybridní tepelné zdroje, které propojují výhody a nevýhody jednotlivých tepelných zdrojů a dle potřeby dodávají teplo tím zdrojem, který je z hlediska spotřeby výhodnější. Pokud jsou používány hybridní kotle, jsou jednotlivé zdroje tepla hydraulicky propojeny bez použití akumulační nádoby teplonosného media. Pokud je zdrojem tepla samostatný kotel, je propojen s teplovodním okruhem tepelné soustavy běžným, známým způsobem. Teplota teplonosného media otopného systému je rovna výstupní teplotě kotle. Nevýhoda se projeví zejména v méně chladném období, kdy postačí nízká teplota teplonosného media otopného systému, a tedy i nízká výstupní teplota kotle, což není u kotlů na pevná paliva vhodné. Teplota rosného bodu spalin se u biomasy pohybuje na hranici 60 °C, a není proto vhodné používat kotel na teplotu nižší.Currently, heat sources usually consist of separate source units. The heat source consists of a boiler, which is usually solid or gaseous fuels, or a heat pump, usually of the air/water type. Electric boilers are also known, which are simple but, due to their high consumption, not very economical in operation. There are also hybrid heat sources that combine the advantages and disadvantages of individual heat sources and, as needed, supply heat with the source that is more advantageous in terms of consumption. If hybrid boilers are used, the individual heat sources are hydraulically connected without the use of a storage tank of the heat-carrying medium. If the heat source is a separate boiler, it is connected to the hot water circuit of the heating system in a common, known way. The temperature of the heat-carrying medium of the heating system is equal to the outlet temperature of the boiler. The disadvantage is manifested especially in the less cold period, when the low temperature of the heat-carrying medium of the heating system is sufficient, and therefore also the low outlet temperature of the boiler, which is not suitable for solid fuel boilers. The temperature of the dew point of the flue gas is around 60 °C for biomass, and it is therefore not advisable to use the boiler at a lower temperature.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
Uvedené nevýhody odstraňuje hydraulické zapojení hybridního tepelného zdroje s akumulací energie obsahujícího kotel na pevná nebo plynná paliva, akumulační nádobu teplonosného media a tepelné čerpadlo, podle tohoto technického řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že kotel je přes první ventil propojený potrubím s akumulační nádobou teplonosného media, kterým je obvykle otopná voda. První ventil je elektricky ovládaný pomocí elektrického ovladače, který je propojen s řídící jednotkou. Na akumulační nádobu je rovněž potrubím, které je opatřeno druhým ventilem, napojeno tepelné čerpadlo. Pokud je tepelné čerpadlo splitového typu, je na akumulační nádobu napojena pouze jeho vnitřní část. Akumulační nádoba je opatřena alespoň jedním teploměrem. Z akumulační nádoby je přes trojcestný ventil připojen teplovodní okruh tepelné soustavy. V některých případech je použit čtyřcestný ventil.The mentioned disadvantages are eliminated by the hydraulic connection of a hybrid heat source with energy storage containing a boiler for solid or gaseous fuels, an accumulation container of a heat-carrying medium and a heat pump, according to this technical solution. Its essence lies in the fact that the boiler is connected via the first valve by a pipeline to the storage tank of the heat-carrying medium, which is usually heating water. The first valve is electrically controlled by means of an electric controller which is connected to the control unit. A heat pump is also connected to the storage tank through a pipe equipped with a second valve. If the heat pump is of the split type, only its inner part is connected to the storage tank. The storage tank is equipped with at least one thermometer. The hot water circuit of the heating system is connected from the storage tank via a three-way valve. In some cases, a four-way valve is used.
Trojcestný ventil je elektricky ovládaný pomocí elektrického ovladače, který je propojen s řídící jednotkou. Kotel i tepelné čerpadlo jsou rovněž propojeny s řídící jednotkou. Podstatné je, že akumulační nádoba nebo kotel je opatřen expanzním zařízením. Rovněž je podstatné, že potrubí je opatřeno oběhovým čerpadlem.The three-way valve is electrically controlled using an electric controller that is connected to the control unit. Both the boiler and the heat pump are also connected to the control unit. It is essential that the storage tank or boiler is equipped with an expansion device. It is also essential that the pipeline is equipped with a circulation pump.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Technické řešení je blíže objasněno pomocí výkresů, na kterých je schematicky znázorněno hydraulické zapojení hybridního tepelného zdroje s akumulací energie, přičemž na:The technical solution is explained in more detail with the help of drawings, which schematically show the hydraulic connection of the hybrid heat source with energy storage, while on:
obr. 1 je schematicky znázorněno hydraulické zapojení hybridního tepelného zdroje s akumulací energie, u kterého je tepelné čerpadlo splitového provedení a v budově je umístěna pouze jeho vnitřní část; aFig. 1 schematically shows the hydraulic connection of a hybrid heat source with energy storage, in which the heat pump is of split design and only its internal part is located in the building; and
- 1 CZ 37837 U1 obr. 2 je schematicky znázorněno hydraulické zapojení hybridního tepelného zdroje s akumulací energie, u kterého je tepelné čerpadlo monoblokového provedení. Tepelné čerpadlo je umístěno vně budovy.- 1 CZ 37837 U1 Fig. 2 schematically shows the hydraulic connection of a hybrid heat source with energy storage, in which the heat pump is a monobloc design. The heat pump is located outside the building.
Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of implementing a technical solution
V prvním příkladném provedení, znázorněném na obr. 1, je hydraulické zapojení hybridního tepelného zdroje s akumulací energie, u kterého je použito tepelné čerpadlo 4 a kotel 1 na pevná paliva. Zařízení je použito pro vytápění školní budovy, která má energetickou náročnost 20 kW.In the first exemplary embodiment, shown in Fig. 1, there is a hydraulic connection of a hybrid heat source with energy storage, in which a heat pump 4 and a solid fuel boiler 1 are used. The device is used for heating the school building, which has an energy demand of 20 kW.
Hybridní zdroj sestává z automatického kotle 1 na dřevěné pelety o výkonu 25 kW, který je propojen potrubím 5 s akumulační nádobou 2 teplonosného media, která má objem 2 m3. V potrubí 5 je umístěn první ventil 3, opatřený elektrickým ovladačem, který je propojen s řídící jednotkou 10.The hybrid source consists of an automatic boiler 1 for wood pellets with an output of 25 kW, which is connected by a pipe 5 to an accumulation container 2 of the heat-carrying medium, which has a volume of 2 m 3 . The first valve 3 is located in the pipe 5, equipped with an electric controller, which is connected to the control unit 10.
Na akumulační nádobu 2 je potrubím 5 napojeno rovněž tepelné čerpadlo 4 splitového provedení, které je systému vzduch/voda o jmenovitém výkonu 9 kW. Tepelné čerpadlo 4 sestává z vnitřní části 9 tepelného čerpadla 4 a venkovní části 14 tepelného čerpadla 4, které jsou spolu propojeny potrubím 15 s nemrznoucí kapalinou, kterou je glykol. Venkovní část 14 tepelného čerpadla 4 je umístěna za stěnou 16 budovy, tj. vně budovy. Do potrubí 5 je mezi akumulační nádobu 2 a vnitřní část 9 tepelného čerpadla 4 vložen druhý ventil 6. Druhý ventil 6 je rovněž opatřen elektrickým ovladačem, kterým je druhý ventil 6 propojen s řídící jednotkou 10. Teplonosným mediem je voda. Akumulační nádoba 2 je v horní části opatřena teploměrem 13 propojeným s řídící jednotkou 10. Z akumulační nádoby 2 je přes elektricky ovládaný trojcestný ventil 7, který je rovněž propojený s řídící jednotkou 10, vyveden výstup 8 na připojení teplovodního okruhu tepelné soustavy školní budovy. Řídící jednotka 10 je rovněž napojena na kotel 1 a vnitřní část 9 tepelného čerpadla 4. Kotel 1 je opatřen expanzní nádobou 11. V potrubí 5, které je mezi vnitřní částí 9 tepelného čerpadla 4 a akumulační nádobou 2 je umístěno oběhové čerpadlo 12.A heat pump 4 of split design, which is an air/water system with a nominal output of 9 kW, is also connected to the storage tank 2 through a pipe 5. The heat pump 4 consists of an internal part 9 of the heat pump 4 and an external part 14 of the heat pump 4, which are connected together by a pipe 15 with an antifreeze liquid, which is glycol. The outdoor part 14 of the heat pump 4 is located behind the wall 16 of the building, i.e. outside the building. A second valve 6 is inserted into the pipeline 5 between the storage vessel 2 and the internal part 9 of the heat pump 4. The second valve 6 is also equipped with an electric controller, which connects the second valve 6 to the control unit 10. The heat-carrying medium is water. The storage tank 2 is equipped in the upper part with a thermometer 13 connected to the control unit 10. From the storage tank 2, through the electrically controlled three-way valve 7, which is also connected to the control unit 10, output 8 is brought out to connect the hot water circuit of the heating system of the school building. The control unit 10 is also connected to the boiler 1 and the internal part 9 of the heat pump 4. The boiler 1 is equipped with an expansion tank 11. In the pipeline 5, which is between the internal part 9 of the heat pump 4 and the storage tank 2, a circulation pump 12 is located.
Činnost technického řešení je následující:The activity of the technical solution is as follows:
Řídící jednotka 10 snímá venkovním teploměrem venkovní teplotu. V podzimním období a v období mírné zimy, kdy venkovní teploty se pohybují v rozmezí 0 °C až + 15 °C a energetická spotřeba budovy je do 7 kW, je řídící jednotkou 10 uzavřen první ventil 3, otevřen druhý ventil 6 a zprovozněno tepelné čerpadlo 4. Zajištění cirkulace teplonosného media teplovodního okruhu tepelné soustavy je realizováno oběhovým čerpadlem 12.The control unit 10 measures the outdoor temperature with an outdoor thermometer. In autumn and mild winter, when outside temperatures range from 0 °C to + 15 °C and the energy consumption of the building is up to 7 kW, the control unit 10 closes the first valve 3, opens the second valve 6 and activates the heat pump 4. Ensuring the circulation of the heat-carrying medium of the hot water circuit of the heating system is realized by the circulation pump 12.
Tepelné čerpadlo 4 známým způsobem nahřívá vodu v akumulační nádobě 2, která je přes trojcestný ventil 7 vedena na výstup 8 a odtud do teplovodního okruhu tepelné soustavy budovy. Ovládání trojcestného ventilu 7 je prováděno řídící jednotkou 10. Protože tepelné čerpadlo 4 nahřívá vodu na nízkou teplotu, což je vzhledem k účinnosti tepelného čerpadla 4 výhodné, je trojcestný ventil 7 řídící jednotkou 10 udržován prakticky pořád v plně otevřené poloze a teplota vody vstupující přes výstup 8 do teplovodního okruhu tepelné soustavy budovy je stejná jako výstupní teplota tepelného čerpadla 4. Pokud poklesnou venkovní teploty, zejména pokud se trvale drží pod bodem mrazu, stoupá energetická spotřeba budovy přes 7 kW a tepelné čerpadlo 4, které má jmenovitý výkon pouhých 8 kW, nestačí dodávat potřebné teplo do teplovodního okruhu tepelné soustavy budovy. Rovněž z ekonomického hlediska je nevýhodné jeho používání, když jeho topný faktor klesá a výhody tepelného čerpadla 4 se ztrácejí. V tom případě řídící jednotka 10, která je vhodně naprogramována, uzavře druhý ventil 6 a otevře první ventil 3. Zejména však vypne tepelné čerpadlo 4 a zapne automatický kotel 1 na dřevěné pelety. Kotel 1 ohřívá otopnou vodu v akumulační nádobě 2. Na rozdíl od tepelného čerpadla 4 kotel 1 pracuje s podstatně vyššími teplotami a je žádoucí, aby výstupní teplota otopné vody z kotle 1 byla nad teplotou 60 °C. Proto je kotlem 1 udržována teplota otopné vody v blízkosti hodnoty 70 °C. Protože je žádoucí udržovatThe heat pump 4 heats the water in the storage tank 2 in a known manner, which is led via the three-way valve 7 to the outlet 8 and from there to the hot water circuit of the building's heating system. The control of the three-way valve 7 is carried out by the control unit 10. Since the heat pump 4 heats the water to a low temperature, which is advantageous due to the efficiency of the heat pump 4, the three-way valve 7 is kept by the control unit 10 in a fully open position practically all the time, and the temperature of the water entering through the outlet 8 into the hot water circuit of the building's heating system is the same as the outlet temperature of heat pump 4. If the outside temperatures drop, especially if they remain permanently below freezing, the building's energy consumption rises to over 7 kW, and heat pump 4, which has a nominal output of only 8 kW, it is not enough to supply the necessary heat to the hot water circuit of the building's heating system. It is also disadvantageous from an economic point of view to use it when its heating factor decreases and the advantages of the heat pump 4 are lost. In that case, the control unit 10, which is suitably programmed, closes the second valve 6 and opens the first valve 3. In particular, however, it switches off the heat pump 4 and switches on the automatic wood pellet boiler 1. Boiler 1 heats the heating water in storage tank 2. Unlike heat pump 4, boiler 1 operates at significantly higher temperatures and it is desirable that the output temperature of heating water from boiler 1 be above 60 °C. Therefore, boiler 1 maintains the heating water temperature close to 70 °C. Because it is desirable to maintain
- 2 CZ 37837 U1 teplotu otopné vody v teplovodním okruhu tepelné soustavy v rozmezí podstatně nižším, snižuje řídící jednotka 10 známým způsobem trojcestným ventilem 7 teplotu tak, aby teplota otopné vody vcházela do teplovodního okruhu tepelné soustavy z výstupu 8 v požadované nižší teplotě.- 2 CZ 37837 U1 the temperature of the heating water in the hot water circuit of the heating system in a significantly lower range, the control unit 10 reduces the temperature in a known manner with the three-way valve 7 so that the temperature of the heating water enters the hot water circuit of the heating system from the outlet 8 at the required lower temperature.
Ve druhém příkladném provedení, znázorněném na obr. 2, je situace obdobná jako v prvním příkladném provedení, s tím rozdílem, že použité tepelné čerpadlo 4 je systému monoblok a je celé umístěno mimo budovu. Funkce zařízení podle druhého příkladného provedení je stejná jako v prvním příkladném provedení.In the second exemplary embodiment, shown in Fig. 2, the situation is similar to that in the first exemplary embodiment, with the difference that the heat pump 4 used is a monobloc system and is entirely located outside the building. The function of the device according to the second exemplary embodiment is the same as that of the first exemplary embodiment.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Technické řešení je využitelné pro vzájemné propojení kotle, tepelného čerpadla a akumulační nádoby u hybridního tepelného zdroje s akumulací energie.The technical solution can be used to interconnect the boiler, heat pump and storage tank in a hybrid heat source with energy storage.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2024-41716U CZ37837U1 (en) | 2024-01-17 | 2024-01-17 | A hydraulic connection of a hybrid thermal source with energy storage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2024-41716U CZ37837U1 (en) | 2024-01-17 | 2024-01-17 | A hydraulic connection of a hybrid thermal source with energy storage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ37837U1 true CZ37837U1 (en) | 2024-04-23 |
Family
ID=90825721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2024-41716U CZ37837U1 (en) | 2024-01-17 | 2024-01-17 | A hydraulic connection of a hybrid thermal source with energy storage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ37837U1 (en) |
-
2024
- 2024-01-17 CZ CZ2024-41716U patent/CZ37837U1/en active IP Right Grant
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2011251139B2 (en) | Solar thermal system | |
| US4294227A (en) | Apparatus for heating water by solar heat | |
| US20150184870A1 (en) | System, module and valve for domestic hot water heaters | |
| KR101058908B1 (en) | Solar cooling and heating system | |
| KR100590381B1 (en) | Solar heating and domestic hot water system connected with a boiler for home | |
| US4691692A (en) | Solar energy system with delayed drain-back | |
| AU2014275363B2 (en) | Integrated renewable energy system | |
| KR100590385B1 (en) | Solar heating and domestic hot water system connected with a boiler for home | |
| JP3902608B2 (en) | Boiler system for heating and hot water using solar heat | |
| CZ37837U1 (en) | A hydraulic connection of a hybrid thermal source with energy storage | |
| CN213686998U (en) | Heating system | |
| CN201373489Y (en) | Solar-energy hot-water boiler heating equipment | |
| KR100435832B1 (en) | Solar heat boiler system | |
| CZ37824U1 (en) | A combined high-efficiency heat source | |
| CZ37823U1 (en) | A hybrid heat source with a storage reservoir | |
| EP2249090A2 (en) | Thermal system | |
| EP1159567B1 (en) | Heating plant | |
| Streicher et al. | Combistores | |
| CN218410050U (en) | Waste heat utilization type multi-heat-source step heating radiator heating and hot water system | |
| CN101634491B (en) | Solar and oil-gas synchronous or alternating and afterheat-applying water heating system and method thereof | |
| CN2716722Y (en) | Positive displacement central water heater | |
| KR200166069Y1 (en) | Oil furnace | |
| CZ37530U1 (en) | A storage vessel for heating and hot water heating | |
| CZ36490U1 (en) | Hybrid heat source with intelligent control | |
| CZ11825U1 (en) | Heat storage tank of bivalent sources and a system for water heating and/or warming-up |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20240423 |