加热设备.pdf

一种加热设备，包括：第一回路(C1)、第二回路(C2)、用于加热第一回路中的介质的第一热泵(4)、被布置在第二回路(C2)中并且被连接在第一热泵的冷凝器(4b)和膨胀阀(4d)之间的第一换热器(10)、被布置为用于通过吸收第二回路中的介质的热能来加热介质的第二热泵(11)、以及用于将热量从第二回路中的介质转移到供水管线(13)中的水中的第二换热器(12)和第三换热器(14)。第二换热器(12)在第三换热器(14)的上游被连接到供水管线，以允许第二换热器在第一步骤中对热自来水预加热，以及允许第三换热器在随后的第二步骤中对热自来水预加热。

权利要求书
1.  一种加热设备，包括：
-包含有介质的第一回路(C1)；
-包含有介质的第二回路(C2)；
-第一热泵(4)，所述第一热泵(4)被布置为用于加热所述第一回路(C1)中的介质；
-第一换热器(10)，所述第一换热器(10)被布置在所述第二回路(C2)中，并且被连接在所述第一热泵(4)的冷凝器(4b)和膨胀阀(4d)之间，以将热量从所述第一热泵(4)的工作介质转移到所述第二回路(C2)中的介质；
-第二热泵(11)，所述第二热泵(11)被布置为用于通过吸收所述第二回路(C2)中的介质的热能来加热介质；以及
-第二换热器(12)，所述第二换热器(12)被布置在所述第二回路(C2)中，以将热量从所述第二回路(C2)中的介质转移到供水管线(13)中的待被加热的水中，从而提供热自来水，如沿着从所述第一换热器(10)的出口(10b)到所述第一换热器(10)的入口(10a)的流动方向所见，所述第二换热器(12)在所述第二热泵(11)的下游被连接到所述第二回路(C2)，
其特征在于：
-所述加热设备(1)还包括第三换热器(14)，所述第三换热器(14)被布置在所述第二回路(C2)中，以将热量从所述第二回路(C2)中的介质转移到所述供水管线(13)中的水，如沿着所述流动方向所见，所述第三换热器(14)在所述第二热泵(11)的上游被连接到所述第二回路(C2)；以及
-所述第二换热器和第三换热器(12，14)被彼此串联布置在所述供水管线(13)中，所述第二换热器(12)在所述第三换热器(14)的上游被连接到所述供水管线(13)，以借此允许所述第二换热器(12)在第一步骤中对热自来水预加热，并且允许所述第三换热器(14)在随后的第二步骤中对热自来水预加热。

2.  根据权利要求1的加热设备，其特征在于，所述第二热泵(11)被布置为发出用于对热自来水最终加热的热能。

3.  根据权利要求2的加热设备，其特征在于，
-所述加热设备(1)包括包含有介质的第三回路(C3)；
-所述第二热泵(11)被布置为通过吸收所述第二回路(C2)中的介质的热能来加热所述第三回路(C3)中的介质；以及
-所述加热设备(1)包括第四换热器(23)，所述第四换热器(23)被布置在所述第三回路(C3)中，用于通过将热量从所述第三回路(C3)中的介质转移到所述供水管线(13)中的水中来对热自来水最终加热，所述第四换热器(23)在所述第三换热器(14)的下游被连接到所述供水管线(13)。

4.  根据权利要求3的加热设备，其特征在于，所述第二热泵(11)具有连接到所述第三回路(C3)的第二热泵输出侧，使得可通过所述第二热泵(11)的冷凝器(11b)实现所述第二热泵(11)的工作介质和所述第三回路(C3)中的介质之间的热交换。

5.  根据权利要求2的加热设备，其特征在于，所述第二热泵(11)被布置为：通过将热量从所述第二热泵(11)的工作介质转移到由所述第二换热器和第三换热器(12，14)预加热的水中来实现对热自来水的最终加热。

6.  根据权利要求5的加热设备，其特征在于，所述加热设备(1)包括用于储集由所述第二热泵(11)最终加热的热自来水的储集器罐(15)。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的加热设备，其特征在于，至少一个储集器罐(21；25，26，27)被布置在所述第二回路(C2)中，用以储集所述第二回路中的介质。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的加热设备，其特征在于，所述第二换热器(12)在所述第二热泵(11)的出口(11h)和所述第一换热器(10)的入口(10a)之间被连接到所述第二回路(C2)。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的加热设备，其特征在于，所述第三换热器(14)在所述第一换热器(10)的出口(10b)和所述第二热泵(11)的 入口(11g)之间被连接到所述第二回路(C2)。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的加热设备，其特征在于，所述第二热泵(11)具有连接到所述第二回路(C2)的第二热泵输入侧，使得可通过所述第二热泵(11)的蒸发器(11a)来实现所述第二回路(C2)中的介质和所述第二热泵(11)的工作介质之间的热交换。

说明书加热设备
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的加热设备。
背景技术
根据权利要求1的前序部分的加热设备可从专利文献WO2006/057594A1获知。在专利文献WO2006/057594A1中公开的加热设备包括用于加热第一回路中的介质的第一热泵。连接在冷凝器和第一热泵的膨胀阀之间的换热器被用于将热量从热泵的工作介质转移到第二回路中的介质中，第二热泵被布置为通过吸收第二回路中的介质的热能来加热第三回路中的介质。第三回路中的介质可以是待被加热的水，以提供热自来水，在这种情况下，借助于第二热泵的上述加热构成了用于将热自来水加热到想要的温度的过程中的最终加热步骤，即，热自来水的最终加热。WO2006/057594A1中公开了一个实施例，其中，第二换热器以与第一换热器串联的方式布置在第二回路中，以将第二回路中的介质的热量转移到第三回路中的介质中，其中，这种热量转移可以构成用于将热自来水加热的过程中的第一初始加热步骤，即，热自来水的预加热。
发明的目的
本发明的目的是实现对上述类型的加热设备的进一步改进，以提供一种具有相比于公知的加热设备至少在某些方面提供了益处的构造的加热设备。
发明内容
根据本发明，上述目的通过具有权利要求1中限定的特征的加热设备来实现。
根据本发明的加热设备，包括：
-包含介质的第一回路；
-包含介质的第二回路；
-第一热泵，所述第一热泵被布置为用于加热第一回路中介质；
-第一换热器，所述第一换热器被布置在第二回路中且连接在第一热泵的冷凝器和膨胀阀之间，以将热量从第一热泵的工作介质转移到第二回路中的介质；
-第二热泵，所述第二热泵被布置为用于通过吸收第二回路中介质的热能来加热介质；
-第二换热器，所述第二换热器被布置在第二回路中，以将热量从第二回路中的介质转移到供水管线中待被加热的水中，从而提供热自来水，如沿着从第一换热器的出口到第一换热器的入口的流动方向所见，该第二换热器在第二热泵的下游被连接到第二回路；以及
-第三换热器，所述第三换热器被布置在第二回路中以将第二回路中介质的热量转移到在上述供水管线中的水中，如沿上述流动方向所见的，该第三换热器在第二热泵的上游被连接到第二回路。
第二换热器和第三换热器被彼此串联布置在供水管线中，第二换热器在第三换热器的上游被连接到供水管线，以借此允许第二换热器在随后的第二步骤中对热自来水预加热。
第一换热器构成第一热泵的所谓的过冷器并用以将热量从第一热泵的工作介质转移到第二回路的介质，其中，第二热泵被布置为利用第二回路中的介质的热能来满足加热需求。据此，第一热泵的工作介质的过剩的热量可以被用于加热热自来水和其它适合的加热目的而不是被浪费掉，并且获得第一热泵效率的增加。通过在第二热泵的上游将换热器布置在第二回路中以及在第二热泵下游将另一个换热器布置在第二回路中并且使用这些换热器来以两个连续的步骤对热自来水预加热，达成了对第二回路中的介质的热能非常高效的利用。通过这个解决方案，能够利用第二回路中位于第二热泵下游的介质的低级热，以便通过第二换热器来取得待被加热的水的初步温升以提供热自来水，并且能够利 用第二回路中的位于第二热泵上游的介质的高级热能，以便通过第三换热器来取得上述的水的进一步温升。据此，第二回路中的介质可以被用于在该介质流失它的热能含量的一部分到第二热泵之前通过第三换热器对热自来水高效地预加热。第三换热器、第二热泵和第二换热器于三个连续的步骤中在从第二回路中的介质吸收热能方面配合协作，并将通过此使得能够对第二回路中的介质高效地冷却，继而使得能够使第一换热器取得对第一热泵的工作介质的高效地过冷却。
根据本发明的一个实施例，第二热泵被布置为发出用于对热自来水最终加热的热能。
根据本发明的另一个实施例，至少一个储集器罐被布置在第二回路中用于储集第二回路中的介质。通过该储集器罐，大量的被加热的介质在第二回路中可以被保持可用，并且与间或的热水需求高峰有关的对热自来水的所需的预加热可以通过存储在储集器罐中的介质的热能来应对。由这个解决方案，甚至在第一热泵暂时停止运行的情况下，也可以通过利用第二回路中的介质的热能来对热自来水加热。
其它根据本发明的加热设备的有利的特征将通过从属权利要求和下文中的具体实施方式呈现。
附图说明
本发明将在下文中通过实施例并参照附图来更详细地进行描述。本发明的实施例示出在：
图1是根据本发明第一实施例的加热设备的示意图；
图2是根据本发明第二实施例的加热设备的示意图；
图3是根据本发明第三实施例的加热设备的示意图；
图4是根据本发明第四实施例的加热设备的示意图；
图5是根据本发明第五实施例的加热设备的示意图。
具体实施方式
根据本发明的加热设备1的不同实施例在图1至5中被示意性地示出。所示的加热设备被配置为用于加热房屋或其它建筑物以及与它们相关联的热自来水。然而，根据本发明的加热设备也可以被配置为用于满足其它类型的加热需求。
根据本发明的加热设备1包括第一回路C1和第二回路C2，上述回路中的每个均包含液态介质，例如水。循环泵2被布置在第一回路C1中，用于使介质在第一回路中循环。循环泵3还被布置在第二回路C2中，用于使介质在第二回路中循环。
加热设备1包括第一热泵4，该第一热泵4被布置为用于加热第一回路C1中的介质，例如通过利用地热，地埋管热(groundheat)和/或太阳能热。第一热泵4包括蒸发器4a、冷凝器4b、压缩机4c和膨胀阀4d(优选地为机电膨胀阀)。通过与连接到蒸发器4a的回路(此处未示出)中的介质进行热交换，热泵的工作介质通过蒸发器4a吸收热能。通过压缩机4c加入工作，借此使工作介质的压力和温度增加。在冷凝器4c中，热能然后通过热交换被散发到第一回路C1中的介质中，并且热泵的工作介质随后通过膨胀阀4d回到蒸发器4a，工作介质压力和温度在其经过膨胀阀时被降低。热泵4的输出侧被连接到第一回路C1，使得可以通过上述热泵的冷凝器4b来实现热泵的工作介质和第一回路C1中的介质之间的热交换。
第一热泵的冷凝器4b的出口4e通过输送导管5连接到一个或多个热量散发装置7的入口6处。这些装置7被用于加热另一介质，在本情况下用于加热建筑物内的空气，并且这些装置例如由被以热水或其它介质运行的传统散热器构成。热量散发装置的出口8通过返回导管9连接到第一热泵的冷凝器4b的入口4f处。
根据本发明的加热设备1还包括第一换热器10，第一换热器10被布置在第二回路C2中并被连接在第一热泵4的冷凝器4b和膨胀阀4d之间，以将热 量从第一热泵4的工作介质转移到第二回路C2中的介质中。根据本发明，第一热泵4的冷凝液因此被利用，以对上述第二回路C2中的介质供应热量。第一换热器10构成第一热泵4的所谓的过冷器(subcooler)。第一换热器10具有主回路以及次级回路，第一热泵4的工作介质被布置为流动穿过上述主回路，上述次级回路通过该次级回路的入口10a和出口10b连接到第二回路C2，以允许第二回路C2中的介质流动穿过次级回路。
根据本发明的加热设备1还包括：
-第二热泵11，上述第二热泵11被布置为用于通过吸收第二回路C2中的介质的热能来加热介质；
-第二换热器12，上述第二换热器12被布置在第二回路C2中，以将热量从第二回路C2中的介质转移到供水管线13中的待被加热的水中，从而提供热自来水；以及
-第三换热器14，上述第三换热器14被布置在第二回路C2中，以将热量从第二回路C2中的介质转移到上述供水管线13中的水中。
第二热泵11包括蒸发器11a、冷凝器11b、压缩机11c和膨胀阀11d(优选地为机电膨胀阀)。通过与连接到蒸发器11a的第二回路C2中的介质的热交换，上述热泵的工作介质通过蒸发器11a吸收热能。通过压缩机11c加入工作，借此使上述热泵的工作介质的压力和温度增加。在冷凝器11d中，热能然后通过热交换被散发到另一介质中，并且上述热泵的工作介质随后通过膨胀阀11d回到蒸发器11a，工作介质的压力和温度在其经过膨胀阀时被降低。第二热泵11的输入侧被连接到上述第二回路C2，使得可以通过上述第二热泵的蒸发器11a来实现第二回路C2中的介质和第二热泵的工作介质之间的热交换。
第二换热器12具有主回路以及次级回路，上述主回路通过该主回路的入口12a和出口12b连接到第二回路C2，以允许第二回路C2中的介质流动穿过上述主回路，上述次级回路被通过该次级回路的入口12c和出口12d连接到上述供水管线13，以允许上述供水管线13中的水流动穿过该次级回路。
第三换热器14具有主回路以及次级回路，上述主回路被通过该主回路的入 口14a和出口14b连接到第二回路C2，以允许第二回路C2中的介质流动穿过上述主回路，上述次级回路通过该次级回路的入口14c和出口14d连接到上述供水管线13，以允许上述供水管线13中的水流动穿过该次级回路。
如在第二回路C2中沿着从上述的第一换热器10的出口10b到上述的第一换热器10的入口10a的流动方向所见的，第二换热器12在第二热泵11的下游被连接到第二回路C2，然而如沿着上述的流动方向所见的，第三换热器14在第二回路C2的上游被连接到第二热泵11。第二回路C2中的介质在流过第一换热器10时吸收热量，并且之后会反过来，当放热时，流过第三换热器14、第二热泵的蒸发器11a和第二换热器12，随之上述介质被引导回到第一换热器10.
在图1至4所示的实施例中，第一、第二和第三换热器10、12、14和第二热泵11的蒸发器11a被彼此串联布置在第二回路C2中，第二换热器12被布置在第二热泵的蒸发器11a的出口11h和第一换热器10的入口10a之间，而第三换热器14被布置在第一换热器10的出口10b和第二热泵的蒸发器11a的入口11g之间。
在图5所示的实施例中，第一储集器罐25、第二储集器罐26和第三储集器罐27被彼此串联布置在第二回路C2中。在这种情况下：
-第一储集器罐25通过输送导管28连接到第三换热器的主回路的入口14a，并且通过返回导管29连接到第三换热器的主回路的出口14b，循环泵30被布置在这些导管28，29中的一条中；
-第二储集器罐26通过输送导管31被连接到第二热泵的蒸发器11a的入口11g，并且通过返回导管32连接到第二热泵的蒸发器11a的出口11h，循环泵33被布置在这些导管31，32中的一条中；以及
-第三储集器罐27通过输送导管34被连接到第二换热器的主回路的入口12a，并且通过返回导管35连接到第二换热器的主回路的出口12b，循环泵36被布置在这些导管34，35中的一条中。
储集器罐25、26、27构成热存储库，其中，可以利用存储在这些储集器罐中的介质的热能通过第二换热器和第三换热器12、14和第二热泵11来加热热 自来水。据此，甚至在第一热泵4暂时停止运行的情况下，也能够通过利用第二回路中的介质的热能来加热热自来水。
第二换热器和第三换热器12、14在供水管线13中彼此串联连接，第二换热器12在第三换热器14的上游连接到供水管线13中，由此允许第二换热器12在第一步骤中预加热热自来水，以及允许第三换热器14在随后的第二步骤中预加热热自来水。根据本发明，第一热泵14的冷凝液因此被利用来对第二换热器和第三换热器12、14供应热能，第二换热器和第三换热器12、14继而利用这些热能来以两个连续的步骤实现对热自来水的预加热。
供水管线13中的水将首先流过第二换热器12的次级回路，并随后穿过第三换热器14的次级回路。供水管线13中的水在流过第二换热器12时被加热到第一温度等级，并水在随后流过第三换热器14时被加热到第二温度等级，上述第二温度等级高于上述第一温度等级。
在所有示出的实施例中，第二热泵11被布置为散发热能来对已被第二换热器和第三换热器12、14预加热的热自来水进行最终加热。第二热泵11也可以被用于其它的加热目的。
在图1和图2示出的实施例中，第二热泵11被布置为：通过将热量从第二热泵11的工作介质转移到已经流过第二换热器和第三换热器12、14的已被预加热的水中来实现对热自来水的最终加热。在这种情况下，加热设备1包括储集器罐15，储集器罐15被连接到供水管线13以储集已被第二热泵11最终加热的热自来水。该储集器罐15因此在第二换热器和第三换热器12、14的下游被布置在供水管线13中。
通过第一热自来水回路16，水被从储集器罐15的第一出口15a导引到第二热泵11的冷凝器11b，并在之后回到上述储集器罐。因此，第二热泵11的输出侧被连接到该第一热自来水回路16，使得可通过第二热泵的冷凝器11b实现第二热泵11的工作介质和该热自来水回路16中的水之间的热交换。循环泵17被布置在第一热自来水回路16中用于循环该回路中的介质。
通过第二热自来水回路18，热自来水被从储集器罐15的第二出口15b导 引到一个或多个排液点19，排液点19例如可以设有热水龙头。流过上述排液点19而没有被排出的热自来水被导引回到储集器罐15。循环泵20被布置在第二热自来水回路18中用于循环该回路中的介质。
在图3至图5所示出的实施例中，加热设备1包括包含介质(例如水)的第三回路C3。循环泵22被布置在第三回路C3中，用于循环该回路中的介质。第二热泵11被布置为通过从第二回路C2中的介质吸收热能来加热第三回路C3中的介质。因此，第二热泵11的输出侧被连接到第三回路C3，以便可通过第二热泵的冷凝器11b来实现第二热泵11的工作介质和第三回路C3中的介质之间的热交换。第四换热器23被布置在上述第三回路C3中，用于通过将热量从第三回路C3中的介质转移到供水管线13中的水中来对进行热自来水最终加热。第四换热器23在第二换热器和第三换热器12、14的下游被连接到供水管线13。因此，第二热泵11被布置为：通过在图3至图5示出的实施例中的第三回路C3和第四换热器23来实现对热自来水的最终加热。
第四换热器23具有主回路以及次要回路，上述主回路通过该主回路的入口23a和出口23b连接至第三回路C3，以便允许第三回路C3中的介质流动穿过上述主回路，上述次要回路通过该次要回路的入口23c和出口23d连接至供水管线13，以便允许供水管线13中的水流动穿过该次要回路。
除了图2和图4中示出的实施例的加热设备1包括储集器罐21，图2中示出的实施例与图1中示出的实施例相类似，并且图4中示出的实施例与图3中示出的实施例相类似，储集器罐21被布置在第二回路C2中用于储集该回路中的介质。该储集器罐21以与上述第一换热器、第二换热器和第三换热器10、12、14串联并与第二热泵的蒸发器11a串联的方式布置在第二回路C2中。布置在第二回路C2中的储集器罐21构成了热存储库，其中，存储在该储集器罐中的介质的热能可以通过第二换热器和第三换热器12、14和第二热泵而被利用来加热热自来水。据此，甚至在第一热泵4暂时停止运行的情况下，也能够通过利用第二回路中的介质的热能来加热热自来水。在示出的实施例中，储集器罐21在第二换热器12的出口12b和第一换热器10的入口10a之间被连接到第 二回路C2中。
本发明当然不以任何方式被限于上述的实施例。相反的，多种变型的可能性对本领域技术人员应当是显而易见的，而不会因此偏离如在所附的权利要求中限定的本发明的基本思想。