WO2023066509A1 - Vorrichtung zum erwärmen von luft und einer flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung zum erwärmen von luft und einer flüssigkeit Download PDF

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    • F24H15/429—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based using pre-stored data for selecting operation modes

Definitions

  • the present invention relates to a device for heating air and a liquid.
  • the object underlying the invention is to propose a device for heating air and a liquid which represents an alternative to the prior art.
  • the invention solves the problem with a device for heating air and a liquid, with an air inlet, an air outlet, an air interaction area, an air delivery device, a liquid inlet, a liquid outlet, a liquid interaction area, a liquid delivery device, an energy unit, a heat exchanger, and a control unit , with air to be heated entering the device via the air inlet, with heated air leaving the device via the air outlet, with liquid to be heated entering the device via the liquid inlet, with heated liquid leaving the device via the liquid outlet, with the energy unit thermal energy generated, wherein the heat exchanger transfers the thermal energy generated by the energy unit to the air in the air interaction area and to the liquid in the liquid interaction area, the air conveying device conveying the air into the air interaction area, the liquid conveying device conveying the liquid into the liquid interaction area, wherein the control unit controls the air delivery device and the liquid delivery device as to whether the device only heats air in an air mode or liquid in another mode.
  • CONFIRMATION COPY Depending on the mode, air or liquid is conveyed by the two associated conveying devices to the corresponding interaction areas, in which they receive thermal energy from the heat exchanger.
  • the liquid delivery device is, for example, a pump and the air delivery device is a blower.
  • the control unit switches between the modes.
  • the air is preferably room air in a room and the liquid is, for example, process water.
  • control unit is designed in such a way that it controls the air delivery device and the liquid delivery device to determine whether the device only heats air in an air mode or only liquid in a liquid mode.
  • this configuration there are thus two modes in which only air or only the liquid is heated.
  • the liquid mode the small amount of room air, which may be heated by providing the thermal energy, is ignored as a by-product.
  • a further embodiment provides that the control unit controls the air delivery device and the liquid delivery device to determine whether the device heats only air in an air mode, only liquid in a liquid mode or air and liquid in a mixed mode.
  • the control unit controls the air delivery device and the liquid delivery device to determine whether the device heats only air in an air mode, only liquid in a liquid mode or air and liquid in a mixed mode.
  • One configuration consists in the control unit controlling the liquid delivery device before the air mode in such a way that the liquid interaction area is essentially free of the liquid.
  • the liquid is removed from the interaction area of the liquid before the air mode and in particular is not refilled, so that no liquid and thus only air is heated in the air mode.
  • One embodiment provides that when changing from the air mode to the other mode (e.g. liquid mode or mixed mode, if implemented), the control unit controls the liquid delivery device in such a way that in the Liquid interaction area, the liquid only arrives when a critical temperature of the heat exchanger is below a predetermined starting value.
  • the liquid is only heated when a certain temperature of the heat exchanger is sufficiently low and in particular lower than a predeterminable starting value. This avoids unwanted noise or pressure shocks, for example.
  • the start value is the temperature value at which the liquid mode or the mixed mode (as examples for the other operating mode, in which only or also liquid is heated) is started.
  • the critical temperature relates in particular to an area of the heat exchanger whose temperature affects the liquid.
  • One configuration consists in that the device also has a temperature sensor, that the temperature sensor detects a temperature of the heat exchanger, and that the control unit evaluates the temperature detected by the temperature sensor with regard to the critical temperature of the heat exchanger.
  • the control unit uses the measurement signals from a temperature sensor to determine whether the heat exchanger has cooled down sufficiently.
  • An alternative or supplementary embodiment provides that when changing from the air mode to the other mode (e.g. liquid mode or mixed mode), the control unit controls the liquid delivery device in such a way that the liquid only enters the liquid interaction area when after an end of the air mode, at least one predefinable cooling period has elapsed.
  • the cooling time is the time that the heat exchanger needs to cool down from a temperature of the air mode to a temperature below the start value and can be determined from the cooling behavior of the heat exchanger.
  • the energy unit generates thermal energy by burning a fuel/air mixture and/or by converting electrical energy.
  • the thermal energy is generated by burning a fuel, e.g. B. combustible gas or diesel fuel converted into the gaseous state, or generated by the conversion of electrical energy.
  • a fuel e.g. B. combustible gas or diesel fuel converted into the gaseous state, or generated by the conversion of electrical energy.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a device for heating air and a liquid.
  • the air enters the device through the air inlet 1 and leaves it warmed up through the air outlet 2.
  • the liquid for example water, enters the device via the liquid inlet 5 and leaves it warmed up via the liquid outlet 6.
  • a liquid container through which the liquid passes from the liquid inlet 5 to the liquid outlet 6.
  • the thermal energy for heating is generated by the energy unit 9 in the variant shown by burning a fuel-air mixture.
  • the heat exchanger 10 transfers this thermal energy to the air, to the liquid or both to the air and to the liquid, depending on the mode.
  • there are two interaction areas for transferring the thermal energy there are two interaction areas for transferring the thermal energy: an air interaction area 3 and a liquid interaction area 7.
  • the air or liquid is conveyed by the two conveying devices 4, 8 through the respective associated interaction area 3, 7.
  • a temperature sensor 12 is provided for this purpose, which detects temperature values of the heat exchanger 10 .
  • the measurement signals are evaluated by the control unit 11 with regard to a temperature that is critical for the liquid. Only when the heat exchanger 10 has cooled down sufficiently does the liquid delivery device 4 transport the liquid into the liquid interaction area 3 when changing from one air mode to another mode.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit. Eine Steuereinheit (11) steuert eine Luftfördervorrichtung (4) und eine Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem anderen Modus Flüssigkeit erwärmt.

Description

Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit.
Im Stand der Technik ist es bekannt, thermische Energie aus der Verbrennung von beispielsweise Propan, Butan oder in den gasförmigen Zustand überführten Dieselkraftstoff zu gewinnen und über mindestens einen Wärmetauscher auf eine Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser oder Raumluft zu übertragen. Es ist auch bekannt, Luft und Flüssigkeit zu erwärmen (siehe z. B. die US 2010/0031900 A1 oder die US 2019/0212033 A1).
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit vorzuschlagen, die eine Alternative zum Stand der Technik darstellt.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit, mit einem Lufteingang, einem Luftausgang, einem Luftwechselwirkungsbereich, einer Luftfördervorrichtung, einem Flüssigkeitseingang, einem Flüssigkeitsausgang, einem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich, einer Flüssigkeitsfördervorrichtung, einer Energieeinheit, einem Wärmeübertrager, und einer Steuereinheit, wobei über den Lufteingang zu erwärmende Luft in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Luftausgang erwärmte Luft die Vorrichtung verlässt, wobei über den Flüssigkeitseingang zu erwärmende Flüssigkeit in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Flüssigkeitsausgang erwärmte Flüssigkeit die Vorrichtung verlässt, wobei die Energieeinheit thermische Energie erzeugt, wobei der Wärmeübertrager die von der Energieeinheit erzeugte thermische Energie in dem Luftwechselwirkungsbereich auf die Luft und in dem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich auf die Flüssigkeit überträgt, wobei die Luftfördervorrichtung die Luft in den Luftwechselwir- kungsbereich befördert, wobei die Flüssigkeitsfördervorrichtung die Flüssigkeit in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich befördert, wobei die Steuereinheit die Luftfördervorrichtung und die Flüssigkeitsfördervorrichtung dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem anderen Modus Flüssigkeit erwärmt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt es zumindest zwei unterschiedliche Betriebsmodi: entweder wird nur Luft erwärmt oder es wird - zumindest auch - Flüssigkeit erwärmt.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Je nach Modus wird Luft oder Flüssigkeit durch die zwei zugehörigen Fördervorrichtungen zu den entsprechenden Wechselwirkungsbereichen befördert, in welchen sie von dem Wärmeübertrager thermische Energie erhalten. Die Flüssigkeitsfördervorrichtung ist beispielsweise eine Pumpe und die Luftfördervorrichtung ein Gebläse. Die Steuereinheit schaltet dabei zwischen den Modi umher. Die Luft ist vorzugsweise Raumluft in einem Raum und die Flüssigkeit ist beispielsweise Brauchwasser.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Steuereinheit derartig ausgestaltet, dass sie die Luftfördervorrichtung und die Flüssigkeitsfördervorrichtung dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit erwärmt. In dieser Ausgestaltung gibt es somit zwei Modi, in denen jeweils nur Luft oder nur die Flüssigkeit erwärmt wird. Beim Flüssigkeits-Modus wird dabei die geringe Menge an Raumluft, die durch die Bereitstellung der thermischen Energie gegebenenfalls erwärmt wird, als Nebenprodukt nicht beachtet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit die Luftfördervorrichtung und die Flüssigkeitsfördervorrichtung dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft, in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit oder in einem Misch-Modus Luft und Flüssigkeit erwärmt. In dieser Ausgestaltung gibt es drei Modi. Bei den unterschiedlichen Bedienungs-Modi wird entweder nur ein Medium (Luft oder Flüssigkeit) oder es werden beide Medien (Luft und Wasser) erwärmt. Je nach Modus wird nur ein Medium oder werden beide Medien durch die zwei zugehörigen Fördervorrichtungen zu den entsprechenden Wechselwirkungsbereichen befördert, in welchen sie von dem Wärmeübertrager thermische Energie erhalten.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Steuereinheit vor dem Luft-Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung so ansteuert, dass der Flüssigkeitswechselwirkungsbereich im Wesentlichen frei von der Flüssigkeit ist. In dieser Ausgestaltung wird vor dem Luft-Modus die Flüssigkeit aus dem Wechselwirkungsbereich der Flüssigkeit entfernt und insbesondere nicht nachgefüllt, sodass im Luft-Modus keine Flüssigkeit und damit nur Luft erwärmt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus (z. B. Flüssigkeits-Modus oder Misch-Modus, falls realisiert) die Flüssigkeitsfördervorrichtung so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn eine kritische Temperatur des Wärmeübertragers unterhalb eines vorgebbaren Startwerts liegt. In dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit erst dann erwärmt wird, wenn eine bestimmte Temperatur des Wärmeübertragers ausreichend gering und insbesondere kleiner als ein vorgebbarer Startwert ist. Dadurch werden beispielweise unerwünschte Geräusche oder Druckschläge vermieden. Der Startwert ist dabei der Temperaturwert, bei dem der Flüssigkeits-Modus oder der Misch-Modus (als Beispiele für den anderen Betriebsmodus, bei dem nur oder auch Flüssigkeit erwärmt wird) gestartet wird. Die kritische Temperatur bezieht sich dabei insbesondere auf einen Bereich des Wärmeübertragers, dessen Temperatur sich auf die Flüssigkeit auswirkt.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung ferner einen Temperatursensor aufweist, dass der Temperatursensor eine Temperatur des Wärmeübertragers erfasst, und dass die Steuereinheit die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur im Hinblick auf die kritische Temperatur des Wärmeübertragers auswertet. In dieser Ausgestaltung stellt die Steuereinheit über die Messsignale eines Temperatursensors fest, ob der Wärmeübertrager ausreichend abgekühlt ist.
Eine alternative oder ergänzende Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus (beispielsweise Flüssigkeits-Modus oder Misch-Modus) die Flüssigkeitsfördervorrichtung so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn nach einem Ende des Luft- Modus mindestens eine vorgebbare Abkühlzeitdauer verstrichen ist. Die Abkühlzeitdauer ist die Zeit, die der Wärmeübertrager zum Abkühlen von einer Temperatur des Luft-Modus bis zu einer Temperatur unterhalb des Startwerts benötigt und kann aus dem Abkühlverhalten des Wärmeübertragers ermitteln werden.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Energieeinheit durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs und/oder durch die Umwandlung elektrischer Energie thermische Energie erzeugt. Die thermische Energie wird in dieser Ausgestaltung über das Verbrennen eines Brennstoffs, z. B. brennbares Gas oder in den gasförmigen Zustand überführter Dieselbrennstoff, oder über die Umwandlung von elektrischer Energie erzeugt. Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit.
Die Luft gelangt durch den Lufteingang 1 in die Vorrichtung und verlässt sie erwärmt durch den Luftausgang 2. Die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser tritt über den Flüssigkeitseingang 5 in die Vorrichtung ein und verlässt sie erwärmt über den Flüssigkeitsausgang 6. In einer - hier nicht dargestellten - Variante ist ein Flüssigkeitsbehälter vorhanden, den die Flüssigkeit vom Flüssigkeitseingang 5 zum Flüssigkeitsausgang 6 passiert. Die thermische Energie für die Erwärmung wird von der Energieeinheit 9 in der dargestellten Variante durch die Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs erzeugt. Diese thermische Energie überträgt der Wärmeübertrager 10 in der dargestellten Ausführung je nach Modus auf die Luft, auf die Flüssigkeit oder sowohl auf die Luft als auch auf die Flüssigkeit. Hierfür sind zwei Wechselwirkungsbereiche zum Übertragen der thermischen Energie vorhanden: ein Luftwechselwirkungsbereich 3 und ein Flüssigkeitswechselwirkungsbereich 7. Für die Erwärmung wird die Luft bzw. die Flüssigkeit von den zwei Fördervorrichtungen 4, 8 durch den jeweils zugeordneten Wechselwirkungsbereich 3, 7 befördert. Dies steuert die Steuereinheit 11 , die zwischen den Betriebs-Modi wechselt. Hierfür ist ein Temperatursensor 12 vorhanden, der Temperaturwerte des Wärmeübertragers 10 erfasst. Die Messsignale werden von der Steuereinheit 11 im Hinblick auf eine für die Flüssigkeit kritische Temperatur ausgewertet. Erst dann, wenn der Wärmeübertrager 10 ausreicht abgekühlt ist, befördert die Flüssigkeitsfördervorrichtung 4 bei einem Wechsel von einem Luft-Modus auf einen anderen Modus die Flüssigkeit in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich 3. Bezugszeichenliste
Lufteingang
Luftausgang
Luftwechselwirkungsbereich
Luftfördervorrichtung
Flüssigkeitseingang
Flüssigkeitsausgang
Flüssigkeitswechselwirkungsbereich
Flüssigkeitsfördervorrichtung
Energieeinheit
Wärmeübertrager
Steuereinheit
Temperatursensor

Claims

6
Patentansprüche Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit, mit einem Lufteingang (1), einem Luftausgang (2), einem Luftwechselwirkungsbereich (3), einer Luftfördervorrichtung (4), einem Flüssigkeitseingang (5), einem Flüssigkeitsausgang (6), einem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7), einer Flüssigkeitsfördervorrichtung (8), einer Energieeinheit (9), einem Wärmeübertrager (10), und einer Steuereinheit (11), wobei über den Lufteingang (1) zu erwärmende Luft in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Luftausgang
(2) erwärmte Luft die Vorrichtung verlässt, wobei über den Flüssigkeitseingang (5) zu erwärmende Flüssigkeit in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Flüssigkeitsausgang (6) erwärmte Flüssigkeit die Vorrichtung verlässt, wobei die Energieeinheit (9) thermische Energie erzeugt, wobei der Wärmeübertrager (10) die von der Energieeinheit (9) erzeugte thermische Energie in dem Luftwechselwirkungsbereich (3) auf die Luft und in dem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) auf die Flüssigkeit überträgt, wobei die Luftfördervorrichtung (4) die Luft in den Luftwechselwirkungsbereich
(3) befördert, wobei die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) die Flüssigkeit in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) befördert, wobei die Steuereinheit (11) die Luftfördervorrichtung (4) und die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem anderen Modus Flüssigkeit erwärmt. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (11) die Luftfördervorrichtung (4) und die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit erwärmt. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (11) die Luftfördervorrichtung (4) und die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur 7
Luft, in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit oder in einem Misch-Modus Luft und Flüssigkeit erwärmt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit (11) vor dem Luft-Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) so ansteuert, dass der Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) im Wesentlichen frei von der Flüssigkeit ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinheit (11) bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn eine kritische Temperatur des Wärmeübertragers (10) unterhalb eines vorgebbaren Startwerts liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung ferner einen Temperatursensor (12) aufweist, wobei der Temperatursensor (12) eine Temperatur des Wärmeübertragers (10) erfasst, und wobei die Steuereinheit (11) die von dem Temperatursensor (12) erfasste Temperatur im Hinblick auf die kritische Temperatur des Wärmeübertragers (6) auswertet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit (11) bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn nach einem Ende des Luft-Modus mindestens eine vorgebbare Abkühlzeitdauer verstrichen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Energieeinheit (5) durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs und/oder durch die Umwandlung elektrischer Energie thermische Energie erzeugt.
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