DE202013010117U1 - Heating systems with waste heat recovery - Google Patents

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Abstract

Heizungsanlage mit einer Abgaswärmenutzung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Heizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung mit einem in der Heizungsanlage angeordneten und mit einem Heizwert-Wärmetauscher verbundenen Heizungs-Versorgungskreislauf für die Verbraucher Heizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung und mit einem durch die Abgase der Heizungsanlage aufgeheizten Brennwert-Wärmetauscher verbundenen Versorgungskreislauf, der mit dem Rücklauf des Heizungs-Versorgungskreislaufes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem ersten Brennwert-Wärmeübertrager (2) ein zweiter Brennwert-Wärmeübertrager (3) im Abgasstrom vorgesehen ist, der mit einem primären Versorgungskreis (11) verbunden ist, der einen Pufferspeicher (13) aufweist und der mit einem sekundären Versorgungskreis (12) verbunden ist, wobei in diesem mindestens eine Wärmepumpe (9) von mehreren, im Parallelbetrieb betreibbaren Wärmepumpen (9, 10) vorgesehen ist und wobei die Wärmepumpen (9, 10) kondensatorseitig mit dem mit dem Rücklauf (4) zum nicht dargestellten Heizwert-Wärmeübertrager in der Heizungsanlage (1) verbunden ist oder einen seperaten wärmegerechten nicht dargestellten Verbraucher bedient.Heating system with use of exhaust gas heat to generate thermal energy for heating and / or domestic hot water preparation with a heating supply circuit arranged in the heating system and connected to a heating value heat exchanger for the consumer heating and / or domestic hot water preparation and with a condensing heat exchanger heated by the heating system's exhaust gases Connected supply circuit, which is connected to the return of the heating supply circuit, characterized in that in addition to the first condensing heat exchanger (2), a second condensing heat exchanger (3) is provided in the exhaust gas stream, which is connected to a primary supply circuit (11) which has a buffer store (13) and which is connected to a secondary supply circuit (12), in which at least one heat pump (9) of a plurality of heat pumps (9, 10) which can be operated in parallel is provided, and wherein the heat pumps (9 , 10) on the capacitor side with which is connected to the return (4) to the calorific value heat exchanger (not shown) in the heating system (1) or serves a separate heat-appropriate consumer, not shown.

Description

Die Erfindung betrifft einen Niedertemperatur Herizkessel zur Erzeugung von Wärmeenergie für Raumheizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung mit einer Ausnutzung der Wärmeenergie der Rauchgase bis unterhalb des Taupunkts.The invention relates to a low-temperature Herizkessel for generating heat energy for space heating and / or domestic hot water preparation with an exploitation of the heat energy of the flue gases to below the dew point.

Heizungsanlagen dieser Art an dem die Neuerung ausgebildet ist, sind nach dem Stand der Technik bekannt und bestehen aus einem im Heizungskessel angeordneten Heizwert-Wärmeaübertrager und einem nachgeschalteten Brennwert-Wärmeübertrager.Heating systems of this type in which the innovation is formed, are known in the prior art and consist of a heating boiler arranged in the heat value heat exchanger and a downstream condensing heat exchanger.

Ein Heizungskessel dieser Gattung ist nach den technischen Informationen der Kernforschungsanlage Jülich seit 1980 bekannt. Dieser bekannte Heizungskessel weist einen oben angeordneten keramischen Gasbrenner auf, dessen Rauchgase nach unten durch zwei hintereinander geschaltete keramische Rauchgas-Wärmeübertrager strömen. Der obere dem Brenner nächste Wärmeübertrager wird von Heizwasser durchströmt, während der nachgeordnete untere Wärmeübertrager zur Brauchwasserbereitung von Brauchwasser durchströmt wird. Die unten aus dem Wärmeübertrager austretenden Rauchgase werden über ein Sauggebläse abgesaugt. Am unteren Wärmeübertrager gebildetes Kondensat wird über einen Kondensatablaß abgeführt.A heating boiler of this type has been known since 1980 according to the technical information of the nuclear research facility Jülich. This known heating boiler has an overhead ceramic gas burner whose flue gases flow down through two ceramic flue gas heat exchangers connected in series. The upper burner closest to the heat exchanger is flowed through by heating water, while the downstream lower heat exchanger for hot water preparation of hot water is flowed through. The flue gases exiting below from the heat exchanger are sucked off via a suction fan. Condensate formed at the lower heat exchanger is discharged via a condensate drain.

Der Wirkungsgrad des bekannten Heizungskessels mit Ausnutzung der Abgaswärme in den Rauchgasen ist ungünstig, da der nachgeschaltete zweite Wärmeübertrager als Durchlauferhitzer für die Brauchwasserbereitung nur dann in Funktion tritt, wenn Brauchwasser entnommen wird. Der Brenner muß jeweils gezündet werden, wenn ein Wärmebedarf, z. B. bei Brauchwasserentnahme, vorhanden ist. Besteht kein Wärmebedarf, so wird der Brenner abgeschaltet. Das Abschalten des Brenners führt jedesmal zu einem Abkühlen der Wärmeübertrager, das ein erneutes Aufheizen der Wärmeübertrager beim nächsten Zünden des Brenners notwendig macht. Dies bedeutet einen Energieverlust und macht den Heizungskessel insbesondere für die Brauchwasserbereitung träge.The efficiency of the known boiler with utilization of the exhaust heat in the flue gases is unfavorable, since the downstream second heat exchanger as a water heater for DHW only in function when hot water is removed. The burner must be ignited each time when a heat demand, eg. B. at service water extraction, is present. If there is no heat requirement, the burner is switched off. The shutdown of the burner always leads to a cooling of the heat exchanger, which makes a renewed heating of the heat exchanger at the next ignition of the burner necessary. This means a loss of energy and makes the boiler, especially for the production of domestic hot water sluggish.

Der Gasbrenner ist ein atmosphärischer Brenner, weshalb die Rauchgase unten am Heizungskessel mittels eines Sauggebläses abgesaugt werden müssen. Um das Absaugen der Rauchgase zu ermöglichen, muß der Heizungskessel möglichst luftdicht ausgeführt sein, was bauaufwendig ist. Außerdem verringert durch Undichtigkeiten eindringende kalte Nebenluft den Wirkungsgrad. Schließlich erzeugt das Sauggebläse unterhalb der Wärmeübertrager einen Unterdruck, der der Kondensation der Rauchgase entgegenwirkt, die im Hinblick auf eine Reduzierung der Schadstoffemission erwünscht ist.The gas burner is an atmospheric burner, which is why the flue gases at the bottom of the boiler must be extracted by means of a suction fan. In order to allow the suction of the flue gases, the boiler must be made as airtight as possible, which is expensive to build. In addition, cold air leakage through leaks reduces efficiency. Finally, the suction fan below the heat exchanger generates a negative pressure which counteracts the condensation of the flue gases, which is desirable in terms of reducing pollutant emissions.

Weiter sind Heizungskessel bekannt, die mit einem Gebläsebrenner betrieben werden. Der mit Überdruck betriebene Gebläsebrenner macht ein Sauggebläse zum Absaugen der Rauchgase überflüssig.Next heating boilers are known, which are operated with a fan burner. The forced-air fan burner eliminates the need for a suction fan to extract the flue gases.

Die mit einem Gebläsebrenner betriebenen Heizungskessel weisen jedoch nur einen einzigen Rauchgas-Wärmeübertrager auf, der zur Heizwasserbereitung dient. Zur Brauchwasserbereitung ist ein Brauchwasserbehälter vorgesehen, der durch das im Wärmetauscher erhitzte Heizwasser erwärmt wird. Die Nachteile bestehen im ungünstigen Wirkungsgrad. Die relativ hohe Rücklauftemperatur des Heizwassers läßt eine stärkere Abkühlung der Rauchgase nicht zu, so daß einerseits die Rauchgasenergie nur teilweise ausgenützt werden kann und andererseits ein Abkühlen der Rauchgase bis zur Kondensation nicht möglich ist.However, the boilers operated with a boilers have only a single flue gas heat exchanger, which is used for heating water. For domestic hot water, a hot water tank is provided, which is heated by the heating water heated in the heat exchanger. The disadvantages are the unfavorable efficiency. The relatively high return temperature of the heating water does not allow a greater cooling of the flue gases, so that on the one hand, the smoke gas energy can only be partially exploited and on the other hand, a cooling of the flue gases is not possible until condensation.

Nach dem weiteren bekannten Stand der Technik erfolgt die Wärmeerzeugung zumeist in einem Heizkessel auf Basis von Verbrennung gasförmiger, flüssiger oder fester Brennstoffe. Die Wärmeenergie der heißen Verbrennungsabgase wird in einem Heizgas/Wasser Wärmeübertrager auf das Kessel- bzw. Heizungswasser übertragen. In einem Vorlaufstrang wird das heiße aus dem Heizkessel kommende Vorlaufwasser den Wärmeverbrauchern zugeführt. In einem Rücklaufstrang wird das kühlere von den Wärmeübertragern zurückströmende Rücklaufwasser zurück zum Heizkessel geführt. Eine Umwälzpumpe fördert das Heizungswasser im Kreis durch die Heizungsanlage. Zwischen Vorlaufstrang und Rücklaufstrang kann eine BypassLeitung mit Dreiwege-Mischer geschaltet sein. Je nach Stellung des Dreiwege-Mischers ermöglicht das eine Umwälzung des Heizungswassers entweder nur durch die Anlage und am Heizkessel vorbei oder auch eine Umwälzung des Heizungswassers nur durch den Heizkessel oder eine Umwälzung mit Beimischung aus dem Rücklauf.According to the other known prior art, the heat generation is usually carried out in a boiler based on the combustion of gaseous, liquid or solid fuels. The heat energy of the hot combustion gases is transferred to the boiler or heating water in a heating gas / water heat exchanger. In a flow line, the hot water coming from the boiler is supplied to the heat consumers. In a return line, the cooler return water flowing back from the heat exchangers is returned to the boiler. A circulating pump conveys the heating water in a circle through the heating system. Between flow line and return line a bypass line can be switched with three-way mixer. Depending on the position of the three-way mixer allows a circulation of the heating water either only through the system and the boiler over or even a circulation of the heating water only by the boiler or a circulation with admixture from the return.

Moderne Heizkessel nutzen seit etwa den 1980er Jahren vielfach das Brennwertprinzip. Im Vergleich zum konventionellen Heizwertprinzip liegen die Wirkungsgrade um etwa 10% höher. Dafür werden die Verbrennungsabgase im Heizgas/Wasser-Wärmeübertrager bis unter ihre Taupunkttemperatur von etwa 55°C bei Erdghas abgekühlt, sodass die den Abgasen eigene Abgasfeuchte kondens-iert. Bei der Kondensation wird die Verdampfungsenthalpie freigesetzt und dieser Energieanteil auf das Heizungswasser im Vorlauf übertragen und somit nutzbar gemacht. In der Nähe des Brenners sind die Verbrennungsabgase und der Wärmeübertrager noch sehr heiß, eine Kondensation der Abgase ist hier noch nicht möglich. Auf ihrem weiteren Strömungsweg durch den Wärmeübertrager kühlen die Abgase jedoch immer mehr ab. Bei üblicher Wärmeübnertragerauslegung erreicht und unterschreitet die Abgastemperatur nach etwa drei Viertel des Strömungsweges den Taupunkt.Modern boilers have been using the condensing principle many times since the 1980s. Compared to the conventional heating value principle, the efficiencies are about 10% higher. For this purpose, the combustion exhaust gases in the heating gas / water heat exchanger are cooled below their dew point temperature of about 55 ° C. in the case of natural gas, so that the exhaust gas moisture inherent in the exhaust gas condenses. In the condensation, the enthalpy of vaporization is released and transferred this energy portion of the heating water in the flow and thus made usable. In the vicinity of the burner, the combustion gases and the heat exchanger are still very hot, a condensation of the exhaust gases is not yet possible here. However, on their further flow path through the heat exchanger, the exhaust gases cool more and more. At usual Heat exchanger design reaches and falls below the exhaust gas temperature after about three quarters of the flow path the dew point.

Die Voraussetzung für die Unterschreitung der Taupunkttemperatur, die für die Kondensation und damit für die Brennwertnutzung Voraussetzung ist, ist, dass die Temperatur des Rücklaufwasser entsprechend niedrig ist.The prerequisite for falling below the dew point temperature, which is a prerequisite for the condensation and thus for the utilization of condensing, is that the temperature of the return water is correspondingly low.

Gemäß dem Kondensationsgrad kann ein Heizgas/Wasser-Wärmeübertrager im Heizungskessel in zwei Einsatzbereiche im Heizungskessel unterteilt werden. Den Einsatzbereich im brennernahen und trockenen Heizwertbereich und den im kühleren und kondensatfeuchten Brennwertbereich.According to the degree of condensation, a heating gas / water heat exchanger in the boiler can be divided into two areas of use in the boiler. The area of application in the burner-near and dry calorific value range and in the condensate-wet calorific value range.

Bezüglich der vorgenannten Einsatzbereiche sind hier zwischen zwei grundlegenden Kesselbauweisen zu unterscheiden, die integrierte Anordnung eines Wärmeübertragers und die baulich getrennte Anordnung von mit Abgasen durchströmten Wärmeübertragern. Bei einem integrierten Wärmeübertrager sind der Heizwert- und der Brennwertbereich zu einer baulichen Einheit zusammengefasst, während bei der baulich getrennten Variante sich ein separater, hydraulisch nachgeschalteter Brennwert-Wärmeübertrager an den Heizwertwärmeübertrager anschließt.With regard to the aforementioned areas of use, a distinction must be made here between two basic boiler designs, the integrated arrangement of a heat exchanger and the structurally separate arrangement of exhaust gas flow-through heat exchangers. In the case of an integrated heat exchanger, the calorific value range and the calorific value range are combined to form a structural unit, while in the structurally separate variant, a separate, hydraulically connected calorific value heat exchanger is connected to the calorific value heat exchanger.

Nach der DE 33 25 200 C1 ist ein Heizkessel bekannt, in dem zur Rauchgaswärmeausnutzung zwei oder mehrere Wärmeübertrager in Strömungsrichtung der Rauchgase hintereinander angeordent sind, die unabhängig von einander anschließbar sind und parallel zu einander mit getrennt einstellbaren Wassermengen beschickt werden können. Vorzugsweise wird der letzte Wärmeüberttrager an eine Wärmepumpe angeschlossen, so dass die Rauchgase an diesem Wärmeübertrager kondensieren können. Diese Wärmepumpe ist direkt mit dem Abgaswärmeübertrager auf der Kühlseite und mit einem Trinkwasserspeicher auf der Heizseite verbunden. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass es praktisch nicht möglich ist, einen Kaltwasservolumenstrom so einzustellen, das er sowohl im Verdampfer der Wärmepumpe, als auch auch im Abgaswärmeübertrager optimal strömt. Beide Seiten stellen unterschiedliche und wechselnde Anforderungen an den Kaltwasserstrom. Ein weiterer Nachteil liegt darin begründet, dass die Heizseite der Wärmepumpe nur Wärme abgeben kann, wenn sich der mittlere Bereich im Trinkwasser WW-Speicher permanent abkühlt. Das ist in der Praxis kaum gegeben. Die Wärmepumpe wäre dann nur wenig im Betrieb. Außerdem muss dann bei einer Leistungsanforderung aus dem WW-Speicher auch gleichzeitig ein adäquater Abgasstrom am Heizkessel vorhanden sein. Das sind zu viele Abhängigkeiten, die bei dem Einsatz einer Wärmepumpe zu beachten sind. Das ist in der Praxis nicht beherrschbar.After DE 33 25 200 C1 a boiler is known in the flue gas heat utilization two or more heat exchangers in the flow direction of the flue gases are arranged one behind the other, which are connected independently of each other and can be loaded parallel to each other with separately adjustable amounts of water. Preferably, the last Wärmeüberttrager is connected to a heat pump, so that the flue gases can condense on this heat exchanger. This heat pump is connected directly to the exhaust gas heat exchanger on the cooling side and to a drinking water storage tank on the heating side. The disadvantage of this solution is that it is practically not possible to set a cold water volume flow so that it optimally flows both in the evaporator of the heat pump, as well as in the exhaust gas heat exchanger. Both sides make different and changing demands on the cold water flow. Another disadvantage is due to the fact that the heating side of the heat pump can only give off heat when the middle area in the DHW DHW permanently cools down. That's hardly the case in practice. The heat pump would then be little in operation. In addition, if there is a demand for power from the DHW tank, then at the same time an adequate exhaust gas flow must be present at the boiler. These are too many dependencies to consider when using a heat pump. This is not manageable in practice.

Nach der DE 20 2007 011 120 U1 ist eine Heizungsanlage mit zwei Wärmeübertragern bekannnt geworden, von denen der eine im Heizwerttbereich und der zweite im Brennwertbereich angeordnet ist und wobei ein Rücklauf zum Heizwert-Wärmeübertrager und ein zweiter Rücklauf zum Brennwert-Wärmeübertrager vorgesehen ist. Zur Erzeugung einer hohen Rücklauftemperatur ist zwischenn den beiden Rücklaufkreisen, d. h. zwischen dem Rücklauf zum Heizwert-Wärmeübertrager und zum Brennwert-Wärmeübertrager eine Wärmepumpe mit einem Wärme aufnehmenden Verdampfer und einem Wärme abgebenden Kondenstor vorgesehen, womit dem Rücklauf zum Brennwert-Wärmeübertrager Wärme entzogen und dem Rücklauf zum Heizwert-Wärmeübertrager Wärme zugeführt werden kann. Mit dieser Lösung soll sich eine Erhöhung des Kessel-Nutzungsgrad einstellen.After DE 20 2007 011 120 U1 is a heating system with two heat exchangers bekannnt become known, one of which is located in the Heizwerttbereich and the second in the calorific value and wherein a return to the calorific value heat exchanger and a second return to the condensing heat exchanger is provided. To generate a high return temperature is between the two return circuits, ie provided between the return to the heat value heat exchanger and the condensing heat exchanger, a heat pump with a heat receiving evaporator and a heat donating Kondenstor, which removed the return to the condensing heat exchanger heat and the return Heat can be supplied to the calorific value heat exchanger. This solution is intended to increase the boiler efficiency.

Der Nachteil dieser Lössung besteht darin, dass in der Praxis der notwendige Teilstrom für den Brennwertbereich relativ hoch ist um eine effiziente Abgasauskühlung zu erreichen und diese Lösung zum Abkühlen des Rücklaufes zum Weinwert-Wärmeübertrager ist verfahrenstechnisch unwirtschaftlich. Um diesen relativ hohen Teilstrom signifikant abzukühlen, wären elektrisch betriebene Kompressionswärmepumpen mit hohen Kühlleistungen notwendig. Diese Lösung findet deshalb keine Anwendung weil der investive Aufwand und der elektrische Hilfsenergiebedarf in der Praxis sehr hoch und daher unwirtschaftlich ist.The disadvantage of this Lössung is that in practice the necessary partial flow for the calorific value range is relatively high to achieve efficient exhaust gas cooling and this solution for cooling the return to wine value heat exchanger is procedurally uneconomical. In order to cool this relatively high partial flow significantly, electrically operated compression heat pumps with high cooling capacities would be necessary. This solution is therefore not used because the investment and the electrical auxiliary energy needs in practice is very high and therefore uneconomical.

Das Ziel der Neuerung ist zur Erhöhung des Kessel-Nutzungsgrades eine mögliche vollständige Ausnützung der Energie der Rauchgase zu erreichen und dazu die gewünschte Abgaskühlung im Kondensatbereich bei Brennwert-Heizungskessel zu erreichen.The aim of the innovation is to increase the boiler efficiency to achieve a possible full utilization of the energy of the flue gases and to achieve the desired exhaust gas cooling condensate in condensing boilers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde für eine Heizungskesselanlage mit einem Heizwert-Wärmeübertrager und einem nachgeschalteten Brennwert-Wärmeübertrager durch mindestens einen weiteren nachgeschalteten Wärmeübertragerkreislauf eine mehrstufige Abkühlung des Heizgasstromes bis zur vollständigen Kondensation des bei der Verbrennung des Heizgases entstehenden und im Abgasstromes enthaltenen dampfförmigen Wassers zu realisieren und damit die Freisetzung der Verdampfungsenthalpie des Wassers, d. h. die aus dem Abgasstrom entnehmbare innere Energie des verdampfgten Wassers, vollständig wirtschaftlich zu nutzen.The invention is based on the object for a heating boiler system with a calorific value heat exchanger and a downstream condensing heat exchanger by at least one further downstream heat exchanger circuit to realize a multi-stage cooling of the Heizgasstromes to complete condensation of the resulting during the combustion of the fuel gas and contained in the exhaust stream vaporous water and thus the release of the enthalpy of evaporation of the water, d. H. the internal energy of the vaporized water, which can be taken from the exhaust gas flow, can be used completely economically.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß mit den Mittel der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object has been achieved according to the invention by the means of the independent claims.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

1 ein Schaltungsschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Heizungsanlage mit einer einen Heizwert-Wärmeübertrager aufweisenden Kesselanlage, die zusätzlich mit einem externen ersten Brennwert-Wärmeübertrager und mit einem zweiten Brennwert-Wärmeübertrager versehen ist, wobei dieser einen Versorgungskreis mit einem Pufferspeicher aufweist, 1 a circuit diagram of a heating system according to the invention formed with a calorific value heat exchanger having boiler system, which is additionally provided with an external first condensing heat exchanger and a second condensing heat exchanger, which has a supply circuit with a buffer memory,

2 ein Schaltungsschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Heizungsanlage mit einer einen Heizwert-Wärmeübertrager aufweisenden Kesselanlage, die zusätzlich mit einem externen ersten Brennwert-Wärmeübertrager und mit einem zusätzlichen externen zweiten Brennwert-Wärmeübertrager versehen ist, wobei dieser zweite Brennwert-Wärmeübertrager einen Versorgungskreis mit einem Wärmeübertrager aufweist, 2 a circuit diagram of an inventive design of heating system with a calorific value heat exchanger having boiler system, which is additionally provided with an external first condensing heat exchanger and an additional external second condensing heat exchanger, said second condensing heat exchanger having a supply circuit with a heat exchanger,

3 ein Schaltungsschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Heizungsanlage mit einer einen Heizwert-Wärmeübertrager und einen internen nachgeschalteten Brennwert-Wärmeübertzrager aufweisenden Kesselanlage, die zusätzlich mit einem externen zweiten Brennwert-Wärmeübertrager ausgerüstet versehen ist, wobei dieser zweite Brennwert-Wärmeaustauscher einen Versorgungskreis mit einem Pufferspeicher aufweist. 3 a circuit diagram of an inventive design heating system with a calorific value heat exchanger and an internal downstream condensing Wärmeübertzrager having boiler system, which is additionally equipped with an external second calorific value heat exchanger, said second calorific value heat exchanger having a supply circuit with a buffer memory.

Eine Heizungsanlage 1, die nach 1 und 2 erfindungsgemäß ausgestaltet ist, verfügt über einen durch den Abgasstrom von den nicht dargestellten Verbrennungsgasen beaufschlagten, angeordneten und nicht dargestellten internen Heizwert-Wärmeübertrager und über einen zusätzlichen Brennwert-Wärmeübertrager 2, der dem nicht dargestellten internen Heizwert-Wärmeübertrager extern nachgeschaltet angeordnet ist. Mit diesem Brennwert-Wärmeübertrager 2 wird das Abgas nach dem nicht dargestellten Heizwert-Wärmeübertrager in einer ersten Nachheizstufe der erfindungsgemäß ausgebildeten Heizungsanlage 1 nach 1 und 2 weiter ausgekühlt.A heating system 1 , the after 1 and 2 is designed according to the invention, has an acted upon by the exhaust gas flow of the combustion gases, not shown, arranged and not shown internal calorific value heat exchanger and an additional calorific value heat exchanger 2 , which is arranged externally connected downstream of the internal calorific value heat exchanger, not shown. With this calorific value heat exchanger 2 the exhaust gas according to the calorific value heat exchanger, not shown, in a first Nachheizstufe the inventively constructed heating system 1 to 1 and 2 further cooled.

Diesem externen Brennwert-Wärmeübertrager 2 ist ein weiterer Brennwert-Wärmeübertrager 3 im Abgasstrom der Verbrennungsgase angeordnet nachgeschaltet. In dieser zweiten Nachheizstufe der erfindungsgemäß ausgebildeten Heizungsanlage 1 wird die Abgastemperatur der Verbrennungsgase weiter, und zwar bis unter Taupunkt des im Abgasstrom enthaltenen Wasserdampfes ausgekühlt.This external condensing heat exchanger 2 is another condensing heat exchanger 3 downstream arranged in the exhaust gas stream of the combustion gases. In this second Nachheizstufe the inventively constructed heating system 1 the exhaust gas temperature of the combustion gases is further cooled, namely until below dew point of the water vapor contained in the exhaust gas stream.

In der ersten Nachheizstufe wird durch den Brennwert-Wärmeübertrager 2 ein Teilstrom aus dem Rücklauf 4 des Heizwert-Wärmeübertragerkreislaufes 5 über einen Teilstrom-Vorlauf 6 zum Brennwert-Wärmeübertrager 2 entnommen und dieser durch den Brennwert-Wärmeübertrager 2 aufgeheizt. Über einen Rücklauf 7 von dem Brennwert-Wärmeübertrager 2 wird dann dieser aufgeheizte Teilstrom wieder in den Heizwert-Wärmeübertragerkreislauf 5 eingespeist. Hierdurch wird die Rücklauf-Temperatur im Heizwert-Wärmeübertragerkreislauf 5 angehoben.In the first Nachheizstufe is by the condensing heat exchanger 2 a partial flow from the return 4 the calorific value heat exchanger circuit 5 via a partial flow flow 6 to the condensing heat exchanger 2 taken and this by the condensing heat exchanger 2 heated. About a return 7 from the condensing heat exchanger 2 then this heated partial flow is again in the calorific value heat exchanger circuit 5 fed. As a result, the return temperature in the heat value heat exchanger circuit 5 raised.

In der zweiten, erfindungsgemäß gestalten Nachheizstufe wird mit dem zweiten vorgesehenen Brennwert-Wärmeübertrager 3 die Temperatur im Rücklauf 4 zum Heizwert-Wärmeübertrager 1 gleichfalls, aber zusätzlich zur ersten Nachheizstufe mittels des Brennwert-Wärmeübertragers 2 angehoben, indem ein Teilstrom über einen Vorlauf 8 aus dem Rücklauf 4 des Heizkreis-Wärmeübertragerkreislauf 5 vor der Entnahme eines Teilstromes über den Teilstrom-Vorlauf 6 zum Brennwert-Wärmeübertrager 2 zur Aufheizung in der ersten Nachheizstufe entnommen wird.In the second, inventively designed Nachheizstufe is with the second proposed calorific value heat exchanger 3 the temperature in the return 4 to the calorific value heat exchanger 1 also, but in addition to the first reheating stage by means of the condensing heat exchanger 2 raised by a partial flow over a flow 8th from the return 4 the heating circuit heat exchanger circuit 5 before the removal of a partial flow via the partial flow flow 6 to the condensing heat exchanger 2 for heating in the first Nachheizstufe is removed.

Dieser aus dem Rücklauf 4 zum Heizwert-Wärmeübertrager 1 über einen Teilstrom-Vorlauf 8 entnommene Teilstrom wird erfindungsgemäß durch mindestens eine Wärmepumpe 9 bzw. 10 von mehreren parallelgeschalteten Wärmepumpen 9, 10 aufgeheizt, indem das Abgas durch den Brennwert-Wärmeübertrager 3 weiter ausgekühlt wird. Zum Einsatz von mindestens einer Wärmepumpe 9, 10 ist ein primärer und ein sekundärer Versorgungskreis 11, 12 vorgesehen, die durch einen Pufferspeicher 13 getrennt sind. Mit Beginn des Betriebes des Heizungskessels 1 wird durch Wärmeentzug aus den Abgasstrom über den Brennwert-Wärmeübertrager 3 eine Heizkreis-/Umwälzpumpe 14 in Betrieb gesetzt. Damit wird der Pufferspeicher 13 beaufschlagt und die Temperatur im Pufferspeicher 13 erhöht sich. Sobald der Temperaturfühler 15 im Pufferspeicher 13 einen definierten Temperaturwert erreicht hat, wird eine Kühlkreis-Umwälzpumpe 16.1 im Vorlauf 17 zum Verdampfer 18 beaufschlagt und eine Heizkreis-/Umwälzpumpe 16.2 im Vorlauf 8 zum Kondensator 19 der Wärmepumpe 9 zugeschaltet.This from the return 4 to the calorific value heat exchanger 1 via a partial flow flow 8th withdrawn partial flow according to the invention by at least one heat pump 9 respectively. 10 of several parallel heat pumps 9 . 10 heated by the exhaust gas through the condensing heat exchanger 3 is cooled further. For use of at least one heat pump 9 . 10 is a primary and a secondary supply circle 11 . 12 provided by a buffer 13 are separated. With the start of operation of the boiler 1 is due to heat extraction from the exhaust gas flow through the condensing heat exchanger 3 a heating circuit / circulation pump 14 put into operation. This will be the buffer memory 13 pressurized and the temperature in the buffer tank 13 increases. As soon as the temperature sensor 15 in the buffer memory 13 has reached a defined temperature value, is a cooling circuit circulation pump 16.1 in the lead 17 to the evaporator 18 charged and a heating circuit / circulation pump 16.2 in the lead 8th to the condenser 19 the heat pump 9 switched on.

Erreicht ein im sekundären Versorgungskreis 12 vorgesehener Temperaturfühler 20 die vom Hersteller der Wärmepumpen 9, 10 vorgegebene, maximal zulässige Wärmequellentemperatur von 25 bis 35°C dann wird über ein im Versorgungskreis 12 vorgesehenes Dreiwege-/Mischventil 21 abgekühltes Wasser aus einen Rücklauf 22 in einen Vorlauf 23 des Versorgungskreises 12 zur Vermeidung einer Temperaturüberschreitung in denselben eingespeist.Reaches one in the secondary supply circle 12 provided temperature sensor 20 that from the manufacturer of the heat pumps 9 . 10 given, maximum permitted heat source temperature of 25 to 35 ° C then one in the supply circuit 12 provided three way / mixing valve 21 cooled water from a reflux 22 in a forerun 23 of the supply circuit 12 In order to avoid a temperature exceeded in the same fed.

Erhöht sich die Temperatur im Pufferspeicher 13 dann wird gesteuert vom Temperaturfühler 24 im Pufferspeicher 13 eine parallel zur Wärmepumpe 9 vorgesehene zweite Wärmepumpe 10 gemeinsam mit der Kühlkreis-/Umwälzpumpe 25.1 und der Heizkreis-Umwälzpumpe 25.2 zugeschaltet. Fällt die Temperatur im Pufferspeicher 13 wieder ab, dann wird gesteuert vom Temperaturfühler 15 die Wärmepumpe 10 und die Kühlkreis-/Umwälzpumpe 25.1 und die Heizkreis-Umwälzpumpe 25.2 abgeschaltet und bei einem weiteren Absinken der Temperatur unter 20°C im Pufferspeicher 13 wird dann gesteuert vom Temperaturfühler 15 im Pufferspeicher 13 auch die Wärmepumpe 9 und die Kühlkreis-/Umwälzpumpe 16.1 und die Heizkreis-/Umwälzpumpe 16.2 abgeschaltet.The temperature in the buffer tank increases 13 then it is controlled by the temperature sensor 24 in the buffer memory 13 one parallel to the heat pump 9 provided second heat pump 10 together with the cooling circuit / circulation pump 25.1 and the heating circuit circulating pump 25.2 switched on. If the temperature falls in the buffer memory 13 again, then it is controlled by the temperature sensor 15 the heat pump 10 and the refrigeration cycle / circulation pump 25.1 and the heating circuit circulating pump 25.2 switched off and at a further drop in temperature below 20 ° C in the buffer memory 13 is then controlled by the temperature sensor 15 in the buffer memory 13 also the heat pump 9 and the refrigeration cycle / circulation pump 16.1 and the heating circuit / circulation pump 16.2 off.

Erfindungsgemäß ist nach einer Ausführungsvarante der in 1 dargestellte Pufferspeicher 13 durch einen Rekuperator 26 (Wärmeübertrager in Platten- oder Rohrbündelbauart) mit der gleichen Wirkung gemäß 2 ersetzt worden. Der Unterschied zur in 1 dargestellten Lösung besteht in Folge des Einsatzes des Rekuperators 26 darin, dass die Anlagensteuerung über einen einzigen Temperaturfühler 27 statt über zwei mit dem Pufferspeicher 13 verbundenen Temperaturfühlern 15, 24 erfolgt.According to the invention, according to a Ausführungsvarante the in 1 illustrated buffer memory 13 through a recuperator 26 (Heat exchanger in plate or tube bundle design) with the same effect according to 2 been replaced. The difference to in 1 The solution described consists in consequence of the use of the recuperator 26 in that the plant control via a single temperature sensor 27 instead of two with the cache 13 connected temperature sensors 15 . 24 he follows.

In 3 ist eine weitere Ausführungsvariante der Neuerung, und zwar eine unter Verwendung eines Kessels 28 mit einem nicht dargestellten integrierten Brennwert-Wärmeübertrager, der zwei Rücklaufanschlüsse 29, 30, wobei der untere Rücklauf 30 mit dem integrierten Brennwert-Wärmeübertrager verbunden ist, aufweist, offenbart. Ein Anheben der Temperatur zum mit dem Heizwert-Wärmeübertrager im Kessel 28 verbundenen Rücklauf 29 erfolgt über die Wärmepumpe 9 und ein Anheben der Temperatur im Rücklauf 30 erfolgt nach einem stufenweise Zuschalten der Wärmepumpe 10 mittels dieser. Die Schaltfolge erfolgt nach dem gleichen Ablauf mittels Temperaturfühler wie dieser in 1 offenbart worden ist.In 3 is another variant of the innovation, one using a boiler 28 with an integrated condensing heat exchanger, not shown, of the two return connections 29 . 30 , where the lower return 30 with the integrated condensing heat exchanger is connected, disclosed. Raising the temperature to with the calorific value heat exchanger in the boiler 28 connected return 29 via the heat pump 9 and raising the temperature in the return 30 occurs after a stepwise connection of the heat pump 10 by means of this. The switching sequence follows the same procedure by means of temperature sensors like this one in 1 has been disclosed.

Die Leistungsanpassung im Teillastbereich an dem jeweiligen Bedarfsfall kann durch eine Anordnung von mehreren Wärmepumpen zu einer Kaskade im Parallelbetrieb verbessert werden.The power adjustment in the partial load range at the respective case of need can be improved by an arrangement of several heat pumps to a cascade in parallel operation.

Mit der vorgeschlagenen Neuerung kann die mögliche energetische Brennstoffausnutzung, d. h. die maximale theoretisch Grenze und der Nutzungsgrad von 112% bei Erdgas erreicht werden.With the proposed innovation, the potential energetic fuel utilization, i. H. the maximum theoretical limit and the utilization rate of 112% for natural gas can be achieved.

Es werden vorzugsweise gasbetriebene Absorptions-Wärmepumpen eingesetzt, da somit nur ein Primärenergieträger (z. B. Erdgas) für die gesamte Kesselanlage erforderlich ist. Der Verbrauch dieses Primärenergieträgers reduziert sich ohne das dazu eine nennenswerte Menge von elektrischer Hilfsenergie notwendig ist, wie das bei der Verwendung von elektrisch betriebenen Kompressions-Wärmepumpen eintreten würde.Gas-powered absorption heat pumps are preferably used since only one primary energy source (eg natural gas) is required for the entire boiler system. The consumption of this primary energy carrier is reduced without the need for a significant amount of auxiliary electrical energy is necessary, as would occur with the use of electrically operated compression heat pump.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Heizungsanlageheating system
22
Brennwert-WärmeübertragerCondensing heat exchanger
33
Brennwert-WärmeübertragerCondensing heat exchanger
44
Rücklauf zum Heizwert-WärmeübertragerReturn to the heat value heat exchanger
55
Heizwert-Wärmeübertrager-KreislaufCalorific heat exchanger circuit
66
Teilstrom-Vorlauf zum Brennwert-Wärmeübertrager 2 Partial flow for the condensing heat exchanger 2
77
Rücklauf vom Brennwert-Wärmeübertrager 2 Return from the condensing heat exchanger 2
88th
Vorlauf zum Brennwert-Wärmeübertrager 3 Flow to the condensing heat exchanger 3
99
Wärmepumpeheat pump
1010
Wärmepumpeheat pump
1111
primärer Versorgungskreislaufprimary supply cycle
1212
sekundärer Versorgungskreislaufsecondary supply circuit
1313
Pufferspeicherbuffer memory
1414
Heizkreis-/UmwälzpumpeHeating circuit / circulation pump
1515
Temperaturfühler im Pufferspeicher 13 Temperature sensor in the buffer tank 13
16.116.1
Kühlkreis-/UmwälzpumpeCooling- / Circulation
16.216.2
Heizkreis-/UmwälzpumpeHeating circuit / circulation pump
1717
Vorlauf zum Verdampfer 18 Flow to the evaporator 18
1818
Verdampfer Wärmepumpe 9 Evaporator heat pump 9
1919
Kondensator Wärmepumpe 9 Condenser heat pump 9
2020
Temperaturfühlertemperature sensor
2121
DreiwegemischventilThree-way mixing valve
2222
Rücklauf aus Versorgungskreis 12 Return from supply circuit 12
2323
Vorlauf Versorgungskreis 12 Supply supply circuit 12
2424
Temperaturfühler am Pufferspeicher 13 Temperature sensor on the buffer tank 13
25.125.1
Kühlkreis-/UmwälzpumpeCooling- / Circulation
25.225.2
Heizkreis-/UmwälzpumpeHeating circuit / circulation pump
2626
Rekuperatorrecuperator
2727
Temperaturfühler am Rekuperator 26 Temperature sensor on the recuperator 26
2828
Heizungskessel mit integriertem Brennwert-WärmeübertragerHeating boiler with integrated condensing heat exchanger
2929
Rücklauf Heizwert-WärmeübertragerReturn heat value heat exchanger
3030
Rücklauf zum integrierten BrennwertübertragerReturn to the integrated condensing boiler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3325200 C1 [0013] DE 3325200 C1 [0013]
  • DE 202007011120 U1 [0014] DE 202007011120 U1 [0014]

Claims (8)

Heizungsanlage mit einer Abgaswärmenutzung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Heizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung mit einem in der Heizungsanlage angeordneten und mit einem Heizwert-Wärmetauscher verbundenen Heizungs-Versorgungskreislauf für die Verbraucher Heizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung und mit einem durch die Abgase der Heizungsanlage aufgeheizten Brennwert-Wärmetauscher verbundenen Versorgungskreislauf, der mit dem Rücklauf des Heizungs-Versorgungskreislaufes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem ersten Brennwert-Wärmeübertrager (2) ein zweiter Brennwert-Wärmeübertrager (3) im Abgasstrom vorgesehen ist, der mit einem primären Versorgungskreis (11) verbunden ist, der einen Pufferspeicher (13) aufweist und der mit einem sekundären Versorgungskreis (12) verbunden ist, wobei in diesem mindestens eine Wärmepumpe (9) von mehreren, im Parallelbetrieb betreibbaren Wärmepumpen (9, 10) vorgesehen ist und wobei die Wärmepumpen (9, 10) kondensatorseitig mit dem mit dem Rücklauf (4) zum nicht dargestellten Heizwert-Wärmeübertrager in der Heizungsanlage (1) verbunden ist oder einen seperaten wärmegerechten nicht dargestellten Verbraucher bedient.Heating system with a waste heat recovery for generating heat energy for heating and / or domestic hot water with a arranged in the heating system and connected to a calorific value heat exchanger heating supply circuit for the consumer heating and / or domestic hot water and with a heated by the exhaust gases of the heating system condensing heat exchanger connected supply circuit, which is connected to the return of the heating supply circuit, characterized in that in addition to the first condensing heat exchanger ( 2 ) a second condensing heat exchanger ( 3 ) is provided in the exhaust stream, which is connected to a primary supply circuit ( 11 ), which has a buffer memory ( 13 ) and that with a secondary supply circuit ( 12 ), in which at least one heat pump ( 9 ) of several, in parallel operation operable heat pumps ( 9 . 10 ) and wherein the heat pumps ( 9 . 10 ) on the condenser side with the return ( 4 ) to the not shown calorific value heat exchanger in the heating system ( 1 ) is connected or operated a separate heat not shown consumer. Heizungsanlage mit einer Abgaswärmenutzung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Heizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung mit einem in der Heizungsanlage angeordneten Heizwert-Wärmeübertrager und mit einem diesem nachgeschalteten internen, durch die Abgase der Heizungsanlage aufgeheizten Brennwert-Wärmeübertrager mit einem gemeinsamen Vorlauf für die Verbraucher Heizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung und mit einem Rücklauf zum Heizwert-Wärmeübertrager und mit einem getrennten Rücklauf vom Heizungs-Versorgungskreislauf zum internen in die Heizungsanlage integrierten Brennwert-Wärmeübertrager, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum in die Heizungsanlage integrierten internen Brennwert-Wärmeübertrager (2) ein zweiter externer Brennwert-Wärmeübertrager (3) im Abgasstrom vorgesehen ist, der mit einem primären Versorgungskreislauf (11) verbunden ist, in dem ein Pufferspeicher (13), der sekundärseitig mit einem angeordnete Versorgungskreislauf (12) verbunden ist, der mindestens eine Wärmepumpe (9, 10) aufweist, wobei der Versorgungskreis (12) mit einem Verdampfer (18) der Wärmepumpe (9, 10) verbunden ist und ein Kondensator (19) der Wärmepumpe (9, 10), mit einem Rücklauf (29) zum Heizwert-Wärmeübertrager in der Heizungsanlage (1) verbunden ist oder einen separaten wärmepumpengerechten Verbraucher bedient.Heating system with a waste heat recovery for generating heat energy for heating and / or domestic hot water with a arranged in the heating calorific value heat exchanger and with this downstream internal, heated by the exhaust gases of the heating system condensing heat exchanger with a common flow for the consumer heating and / or DHW heating and with a return to the heat value heat exchanger and with a separate return from the heating supply circuit to the internal integrated into the heating system condensing heat exchanger, characterized in that in addition to the integrated in the heating system internal condensing heat exchanger ( 2 ) a second external condensing heat exchanger ( 3 ) is provided in the exhaust stream, which is connected to a primary supply circuit ( 11 ), in which a buffer memory ( 13 ) arranged on the secondary side with an arranged supply circuit ( 12 ), the at least one heat pump ( 9 . 10 ), wherein the supply circuit ( 12 ) with an evaporator ( 18 ) of the heat pump ( 9 . 10 ) and a capacitor ( 19 ) of the heat pump ( 9 . 10 ), with a return ( 29 ) to the calorific value heat exchanger in the heating system ( 1 ) or operated a separate heat pump-compatible consumer. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferspeicher (13) durch einen zum Pufferspeicher (13) wirkungsgleichen Rekuperator (26) ersetzt ist.Heating installation according to claim 1 or 2, characterized in that the buffer memory ( 13 ) through to the buffer memory ( 13 ) Equivalent recuperator ( 26 ) is replaced. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungskreislauf (12) für den Wärmepumpenbetrieb als Mischkreis ausgebildet ist und in diesem ein durch die Temperatur im Mischkreis nach einem gesteuertes Dreiwegeventil (21) zur alternativen Beimischung von ausgekühltem Kreislaufwasser aus dem Rücklauf (22) des sekundären Versorgungskreislaufes (12) zur Gewährleistung der maximal zulässigen Eintrittstemperatur am Verdampfer (18) der Wärmepumpe (9, 10) vorgesehen ist und eine Kühlkreis-/Umwälzpumpe (16.1, 25.1) zum Verdampfer (18) der Wärmepumpen (9, 10) aufweist.Heating installation according to claim 1 or 2, characterized in that the supply circuit ( 12 ) is designed for the heat pump operation as a mixing circuit and in this one by the temperature in the mixing circuit according to a controlled three-way valve ( 21 ) for the alternative admixture of cooled circulating water from the return ( 22 ) of the secondary supply circuit ( 12 ) to ensure the maximum permissible inlet temperature at the evaporator ( 18 ) of the heat pump ( 9 . 10 ) is provided and a Kühlkreis- / circulating pump ( 16.1 . 25.1 ) to the evaporator ( 18 ) of the heat pumps ( 9 . 10 ) having. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass im Verdampferkreislauf der Wärmepumpe (9, 10) je eine Heizkreis-/Umwälzpumpe (16.2, 25.2) und nach der Entnahme eines Teilstromes aus einem Rücklauf (4) aus dem den Verbrauchern bereitgestellten Warmwassermenge für Heizung und Trinkwarmwasser zur Heizungsanlage (1) ein Durchströmen der Kondensatoren (19) der Wärmepumpen (9, 10) vorgesehen ist.Heating installation according to claim 1 or 2, characterized in that in the evaporator circuit of the heat pump ( 9 . 10 ) one heating circuit / circulating pump ( 16.2 . 25.2 ) and after removal of a partial stream from a reflux ( 4 ) from the amount of hot water provided to consumers for heating and domestic hot water to the heating system ( 1 ) a flow through the capacitors ( 19 ) of the heat pumps ( 9 . 10 ) is provided. Heizungsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Versorgungskreis (11) einerseits mit dem zweiten, externen Brennwert-Wärmeübertrager (3) und andererseits mit einem Pufferspeicher (13) verbunden ist.Heating installation according to claim 1, characterized in that the primary supply circuit ( 11 ) on the one hand with the second, external condensing heat exchanger ( 3 ) and on the other hand with a buffer memory ( 13 ) connected is. Heizungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmepumpen (9, 10) gasbetriebene Absorptionswärmepumpen zum Einsatz kommen.Heating installation according to claim 1 to 4, characterized in that as heat pumps ( 9 . 10 ) gas-powered absorption heat pumps are used. Heizungsanlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sofern mehrere Wärmepumpen (9, 10) vorgesehen sind, diese in Kaskadenschaltung geschaltet angeordnet sind.Heating system according to claim 1 to 7, characterized in that if several heat pumps ( 9 . 10 ) are provided, these are arranged switched in cascade.
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