CS236778B2

CS236778B2 - Device for heating of service water

Info

Publication number: CS236778B2
Application number: CS825795A
Authority: CS
Inventors: Karl Fokter
Original assignee: Karl Fokter
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1985-05-15
Also published as: IT1155597B; IT8267987A0; AT390320B; YU42025B; FR2511129A1; DE3228956A1; YU191381A; DE3228956C2; ATA298982A; FR2511129B1; IT8267987A1

Abstract

The object of the invention is a water heating device as a combination of an ambient heat collector and a heat pump, in which a condenser of the heat pump is connected to a counterflow heat exchanger, to which is connected a mains water storage boiler, so that the heat energy is always delivered to the mains water in the region of the highest attained temperature level. The heat exchanger is made of three pipes formed as Archimedean spirals and integrally drawn or metallically bonded. The lower pipe is connected to the heat collector, the middle pipe is an evaporator of the heat pump, and the upper pipe is a cooler for a liquefied refrigerant.

Description

Vynález se týká zařízení pro ohřívání užitkové ' vody v akumulačním kotli a/nebo vytápěcí vody ve s ním· spojeném dvojplášťovém kotli, které ' má alespoň jeden kolektor tepla a jedno tepelné čerpadlo, jejichž výparník a kondenzátor jsou uspořádány v ohřívané vodě.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a device for heating domestic water in an accumulation boiler and / or heating water in a double-shell boiler connected thereto, which has at least one heat collector and one heat pump, the evaporator and condenser of which are arranged in heated water.

Jsou již známá zařízení pro ohřívání užitkové vody prostřednictvím slunečního tepla. Jsou tvořeny akumulačním kotlem a slunečním kolektorem. Taková zařízení jsou ekonomická, pokud je k dispozici poměrně dostatečné množství slunečné energie v průběhu celého roku. Pokud však nejsou zajištěny takové podmínky, · musí být užitečná plocha slunečních kolektorů a/nebo obsah akumulačního kotle značně velká, což zvyšuje náklady a nepříznivě ovlivňuje rentabilitu celého zařízení.There are already known devices for heating domestic water by solar heat. They consist of an accumulation boiler and a solar collector. Such devices are economical if a relatively sufficient amount of solar energy is available throughout the year. However, if such conditions are not ensured, the useful area of the solar collectors and / or the storage boiler content must be very large, which increases costs and adversely affects the profitability of the entire plant.

Jsou rovněž známá zařízení pro ohřívání užitkové .. vody prostřednictvím tepelných čerpadel. Jsou v podstatě tvořena kotlem s tepelným čerpadlem voda/vzduch nebo voda/ /voda. Tato zařízení se vyrábějí buď jako kompaktní jednotky, které lze vsadit do prostoru kotle, nebo jako oddělené konstrukční skupiny. U posledně jmenovaných se tepelným čerpadlem ochlazuje jeden prostor, zatímco kotel je uspořádán v jiném prostoru. Tak se využívá zařízení ' také pro chlazení. Tímto zařízením jsou omezovány vlastní tepelné ztráty při využívání cenné elektrické energie. Příznivějších výsledků lze dosáhnout při zajištění tepelně izolační izolace.Devices for heating domestic water by means of heat pumps are also known. They consist essentially of a water / air or water / water heat pump boiler. These devices are produced either as compact units that can be inserted into the boiler space or as separate assemblies. In the latter, one space is cooled by the heat pump, while the boiler is arranged in another space. Thus, the apparatus is also used for cooling. This device reduces the actual heat loss when using valuable electric energy. More favorable results can be achieved by providing thermal insulation.

Firmou ARlSTON bylo vyvinuto pro oblasti s mírným klimatem zařízení pro ohřívání užitkové vody energií, odebíranou tepelným čerpadlem přímo· z okolí. U tohoto zařízení je výparník vytvořen jako tepelný kolektor, uspořádaný na vnější stěně budovy. Navzdory technickým přednostem z hlediska úspory energie · má toto zařízení tu nevýhodu, že . . kolektor tepla nesmí být vystaven prudkému . slunci, protože v tomto případě by došlo. ke · zničení tepelného čerpadla. Další nevýhoda . spočívá v tom, že instalace a naplnění systému ·chladivém musí ·být prováděno . na místě ... odborníkem ·na chladicí techniku časově . velmi náročným a tím i nákladným montážním způsobem.ARlSTON has developed equipment for the heating of domestic hot water by means of a heat pump directly from the surroundings for areas with mild climate. In this device, the evaporator is designed as a heat collector arranged on the outer wall of the building. Despite the technical advantages in terms of energy saving, this device has the disadvantage that. . the heat collector must not be exposed to abrupt exposure. the sun, because in this case would occur. to destroy the heat pump. Another disadvantage. consists in that the installation and filling of the system with the refrigerant must be carried out. on site ... by an expert · cooling engineer time. very demanding and thus costly assembly method.

Ze zařízení . pro ohřívání vody . prostřednictvím slunečních kolektorů ' a z topných zařízení, pracujících s^ tepelným čerpadlem, byla vyvinutá . tak . zvaná- mono- nebo polyvalentní kombinovaná . zařízení pro ohřívání vody, která . mají společný toliko kotel, zatímco sluneční kolektor a tepelný výměník tepelného čerpadla jsou navzájem oddělené jednotky, které jsou připojeny na vlastní . . . tepelný výměník, uspořádaný v kot- li. V takovém kotli lze upravit i tepelné výměníky pro ohřívání vody z kotle ústředního topení nebo elektrickými ohřívači. Samozřejmě . se . jedná u takového provedení navzdory . možnosti univerzálního využití o velmi nákladné řešení, . protože . stejné prvky nelze využít pro. různé účely. Oprava větší ho počtu od sebe navzájem oddělených prvků pro využití energie z okolí vyžaduje .však také více prostoru, který zpravidla není k dispozici.From the device. for heating water. by solar collectors and from heat pumps operating with the heat pump has been developed. so. called mono- or polyvalent combined. water heating devices which:. they have only a common boiler, while the solar collector and the heat exchanger of the heat pump are separate units that are connected to their own. . . a heat exchanger arranged in the boiler. In such a boiler it is also possible to provide heat exchangers for heating water from the central heating boiler or by electric heaters. Of course. se. acts in such an embodiment despite. possibilities of universal use with very costly solutions,. because. the same elements cannot be used for. different purposes. Repairing a plurality of spaced apart elements for utilizing energy from the environment requires more space, which is generally not available.

Jsou známa rovněž taková zařízení, u kterých je možné prostřednictvím automatiky a regulačních ventilů, jakož i většího počtu zcela odděleně uspořádaných tepelných výměníků zařadit kolektor tepla tak, že ohřívá užitkovou nebo vytápěcí vodu buď přímo, nebo nepřímo přes tepelné čerpadlo, nebo se tepelná energie akumuluje v samostatném tepelném . akumulátoru. Tato zařízení jsou jak z hlediska jejich provedení, . včetně automatizace, tak i z hlediska potřebného prostoru velmi náročná a nejsou proto vhodná pro menší provedení.There are also known devices in which, via automation and control valves, as well as a plurality of completely separate heat exchangers, it is possible to switch the heat collector so that it heats the service or heating water either directly or indirectly via a heat pump or heat energy is stored. in a separate thermal. battery. These devices are both in terms of their design,. including automation, as well as space requirements are very demanding and are therefore not suitable for smaller designs.

Z evropské zveřejněné přihlášky vynálezu číslo 033 530 Al o názvu „Zařízení pro klimatizaci prostoru a/nebo používání tepla při využití energie okolí“ je známý systém pro vytápění prostoru a pro přípravu užitkové vody prostřednictvím energie, odebírané . z okolí přímo nebo nepřímo tepelným čerpadlem. Hlavní nevýhoda tohoto systému tkví v tom, že užitková voda, která proudí do zařízení vždy chladná, se ohřívá v nejteplejší části akumulátoru tepla, čímž musí být dodáváno podstatně více primární energie než v případě, kdy se užitková voda ohřívá také v oblasti nižší úrovně teploty na principu protiproudého tepelného výměníku.European patent application 033 530 A1 entitled "Room air conditioning and / or heat utilization using ambient energy" system is a known system for space heating and for the preparation of service water by the energy drawn. from the surroundings directly or indirectly by the heat pump. The main disadvantage of this system is that the domestic hot water, which flows into the plant always cold, heats in the hottest part of the heat accumulator, thus supplying substantially more primary energy than when the domestic water is also heated in the lower temperature range on the principle of countercurrent heat exchanger.

Vynález si klade za úkol vytvořit konstrukčně jednoduché a kompaktní zařízení pro ohřívání užitkové a vytápěcí vody s co největším využitím energie okolí, u kterého slouží tytéž prvky více účelům a v nejširším smyslu je využit systém protiproudého tepelného výměníku, čímž lze dosáhnout hospodárnějšího zařízení ve srovnání se známými systémy.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a simple and compact device for heating domestic and heating water with the greatest possible use of ambient energy, in which the same elements serve multiple purposes and in the broadest sense utilize a countercurrent heat exchanger system. known systems.

Vytčený úkol se řeší a uvedené nedostatky se odstraňují zařízením pro ohřívání podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v nejnižší části akumulačního . kotle je . uspořádán . prstencový tepelný výměník, kolem kterého je upraven tepelněizolační válcový plášť a který je překryt tepelněizolační krycí deskou, přičemž uprostřed prstencového tepelného výměníku a tepelněizolační krycí desky je uložen kondenzátor. . Podle výhodného vytvoření se předpokládá, že prstencový tepelný výměník je vytvořen ' ze spodní trubky, střední odpařovací trubky a horní chladičové trubky, které jsou nad ' sebou kovově pevně spojeny . a jsou protékány v protiproudu, přičemž spodní trubka je připojena ke kolektoru tepla, střední odpařovací trubka je jedním koncem připojena k motor-kompresoru a druhým koncem přes tepelný expanzní ventil k jednomu konci horní chladičové trubky, jejíž opačný konec je připojen k jedné přípojce kondenzátoru, jehož druhá přípojka je spojena s motor-kompresorem.This object is solved and the drawbacks are remedied by the heating device according to the invention, which is based on the fact that in the lowest part of the accumulation. the boiler is. arranged. an annular heat exchanger around which a heat-insulating cylindrical shell is provided and which is covered by a heat-insulating cover plate, with a capacitor mounted in the middle of the annular heat-exchanger and heat-insulating cover plate. . According to a preferred embodiment, it is envisaged that the annular heat exchanger is formed of a lower tube, a medium evaporator tube and an upper condenser tube which are rigidly connected one above the other. and flowing in countercurrent, the lower tube being connected to the heat collector, the middle evaporating tube being connected to the motor-compressor at one end and the other end via a thermal expansion valve to one end of the upper radiator tube, the other end connected to one condenser connection; whose second connection is connected to a motor-compressor.

Hlavní výhody zařízení spočívají v tom, žeThe main advantages of the device are that

3 6 7 7 8 se zde sdružuje několik funkcí a že se využívá ta nejlevnější energie, jakož i ta skutečnost, že tepelná energie se předává vždy v oblasti nejvýše dosažené teplotní hladiny.3 6 7 7 8 combines several functions and uses the cheapest energy, as well as the fact that thermal energy is always transmitted in the region of the highest temperature level achieved.

Další výhody tkví v tom, že prstencový tepelný výměník, který je v podstatě tepelně izolovaný proti vodě obsažené v kotli, umožňuje přímý ohřev celkového množství akumulované vody energií odebranou kolektorem tepla, přičemž vnější plochy všech tři trubek působí aktivně proti vodě při zachování velkých povrchů a nízkých teplot. Při činnosti motor-kompresoru jako tepelného čerpadla pracuje prstencový tepelný výměník jako protiproudý tepelný výměník mezi energií, získanou vnějším akumulátorem tepla a odpařovačem tepelného čerpadla, · přičemž při nízkých teplotách se získá z okolí méně energie, jakož i zařízení pro podchlazování zkapalněného chladivá, což přináší vyšší účinek tepelného čerpadla. Při teplotách nižších jako zhruba + 4°C zamrzá integrovaný prstencový tepelný výměník, přičemž led a tepelně izolační trubky izolují chladnou část tepelného akumulátoru od jeho horké části.A further advantage is that the annular heat exchanger, which is substantially thermally insulated against the water contained in the boiler, allows direct heating of the total amount of accumulated water by the energy collected by the heat collector, the outer surfaces of all three pipes being active against water while maintaining large surfaces. low temperatures. In the operation of the motor-compressor as a heat pump, the annular heat exchanger operates as a countercurrent heat exchanger between the energy obtained by the external heat accumulator and the heat pump vaporizer, while producing less energy from the environment at low temperatures. higher heat pump effect. At temperatures below about + 4 ° C, the integrated annular heat exchanger freezes, whereby ice and heat insulating tubes insulate the cold part of the heat accumulator from its hot part.

Uspořádání kondenzátoru podle vynálezu s tepelně izolovaným přívodním potrubím umožňuje selektivní ohřívání vody a vytváří tak zvané teplotní vrstvy. Vzhledem к tomu, že do akumulované vody se dole nedostane téměř žádné teplo a při velkém přehřátí chladivá, což u malých zapouzdřených motor-kompresorů často nastává, je v akumulačním kotli možná vyšší akumulace energie.The arrangement of the capacitor according to the invention with a thermally insulated supply pipe enables selective heating of the water and thus forms the so-called temperature layers. Since there is hardly any heat entering the accumulated water at the bottom and the coolant is very high when overheated, which often occurs with small encapsulated motor compressors, a higher energy storage is possible in the storage boiler.

Vytvoření chlazení motor-kompresoru umožňuje jednak účinné chlazení přímo vodou z kotle a jednak odvádění zachycené tepelné energie к nejvýše dosažené úrovni, aniž by to mělo nepříznivý vliv na stabilitu tepelných vrstev vody v akumulačním kotli.The creation of a motor-compressor cooling enables efficient cooling directly from the boiler water and, on the one hand, the removal of the captured thermal energy to the highest level achieved, without adversely affecting the stability of the thermal layers of water in the storage boiler.

Další výhody a zvláštnosti vynálezu jsou patrny z definice předmětu vynálezu a z dále uvedeného popisu, který vysvětluje přiložený výkres.Further advantages and particularities of the invention are apparent from the definition of the subject matter of the invention and from the following description, which is explained by the accompanying drawing.

Jediný obr. znázorňuje svislý řez zařízením podle vynálezu pro ohřívání užitkové a vytápěcí vody jako jeden z možných příkladů provedení.The single figure shows a vertical section through a device according to the invention for heating domestic and heating water as one possible embodiment.

Do skříně 1, která je například zhotovena z lakovaného ocelového plechu, je vložen akumulační kotel 2, kolem kterého je uspořádáno teplo a hluk tlumící izolační náplňAn accumulation boiler 2 is placed in a housing 1, which is made, for example, of painted steel sheet, around which a heat and noise-damping insulating filling is arranged.

3. Akumulační kotel 2, jako nejtěžší a nejpevnější část celého zařízení, má přivařené nohy, kterými je přímo postaven na základ. Ve spodní dnové části 5 akumulačního kotle 2 je upraveno eliptické vybrání se zalemovaným okrajem, který podpírá zevnitř navenek, to je dolů vyčnívající pouzdro 6, které tím získá těsné spojení, přičemž tímto pouzdrem 6 jsou přivedena připojovací potrubí. Aby nebylo toto pouzdro 6 potrubními přípojkami namáháno, jsou připojeny na připojovací lištu 7, prostřednictvím které se pří montáži instalace připojují, přičemž me zi přípojkami v pouzdru 6 a mezi připojovací lištou 7 jsou upraveny pružné spojky. V dutém prostoru pod zmíněnou izolační náplní 3 akumulačního kotle 2, to je mezí tímto kotlem a dnovou deskou skříně 1, je ve skříni 1 pevně, avšak odpružené uložen motor-kompresor 10 tepelného čerpadla. Mimoto jsou tam oběhové čerpadlo 20 kolektoru 22 tepla a oběhové čerpadlo 30 nízkoteplotního systému pro vytápěcí vodu, jakož i všechny regulační, pojistné a automatizační prvky celého zařízení.3. The storage boiler 2, as the heaviest and strongest part of the whole device, has welded feet, which are directly placed on the foundation. In the lower bottom part 5 of the storage boiler 2 there is an elliptical recess with a crimped edge which supports from the outside, i.e. a downwardly protruding sleeve 6, which thereby obtains a tight connection, the connecting pipes being fed through this sleeve 6. In order not to be stressed by the pipe connections, the sleeve 6 is connected to a connection strip 7, by means of which it is connected during installation of the installation, with flexible couplings provided between the connections in the sleeve 6 and between the connection strip 7. In the cavity below the insulating filling 3 of the storage boiler 2, i.e. between this boiler and the bottom plate of the housing 1, a heat pump motor-compressor 10 is mounted in the housing 1, but resiliently. In addition, there are the circulation pump 20 of the heat collector 22 and the circulation pump 30 of the low-temperature heating water system, as well as all the control, safety and automation elements of the entire plant.

Skříň 1 může být v podstatě vytvořena z jednoho kusu a má snadno odnímatelnou dnovou desku, která zajistí přístup к připojovací liště 7 а к ostatním pro funkci zařízení podstatným prvkům. Uvnitř pouzdra 6, které je s výhodou hluboko tažené a s výhodou je vytvořeno z korozi vzdorného materiálu, je vložen integrovaný prstencový tepelný výměník 8. V daném případě je vyroben ze tří jednokusově tažených a potom podle Archimedovy spirály tvarovaných, na délku odříznutých trubek 11, 14, 21. Jinak lze však použít i samostatné trubky, které se svařováním nebo letováním převedou do integrovaného tvaru. Spodní trubka 21 je připojena na oběžný systém tepelného prostředí, který patří ke kolektoru 22 tepla. Střední odpařovací trubka 11 představuje odpařovací trubku tepelného čerpadla. Nad střední odpařovací trubkou 11 tepelného čerpadla bývá zpravidla upravena kapilární trubička tepelného čerpadla, v daném případě, kdy mezi horní a střední trubkou je vestavěn jako škrticí orgán tepelný expanzní ventil 15, je zde horní chladičová trubka 14 pro podchlazování. Nad integrovaným prstencovým tepelným výměníkem 8 je uspořádána tepelněizolační krycí deska 12, jejíž průměr do jisté míry přesahuje vnější rozměry integrovaného prstencového tepelného výměníku 8. Kolem integrovaného prstencového tepelného výměníku 8 je uspořádán válcový plášť, který je vyroben z tepelněizolačního materiálu a spolu s již zmíněnou tepelně-izolační krycí deskou 12 je vložen do pouzdra 6 tak, že termosifonová cirkulace vody je možná toliko volně ponechaným prostorem mezi plochou dna pouzdra 6 a válcovým pláštěm 13 a mezi válcovým pláštěm 13 a tepelněizolační krycí deskou 12. V akumulačním kotli 2 je uprostřed upraven kondenzátor 16 tepelného čerpadla. Ten je tvořen axiálně vzhůru upraveným přímým potrubím, které se zřetelem na výšku akumulačního kotle 2 dosahuje až do úrovně, kde je upraveno elektrické topné těleso 90, a na něj navazujícím, toto potrubí obklopujícím a dolů směřujícím trubkovým šroubovicovým hadem. Přímý úsek kondenzátoru 16 je přitom opatřen po celé délce plastickou potahovou hadicí 17, která slouží jako tepelná izolace. Přívodní potrubí 42 pro chladnou vodu, které vystupuje z připojovací lišty 7 a vyúsťuje do akumulačního^ kotle 2, zasahu236778 je . jen nepatrně nad úroveň tepelněizolační krycí desky 12 a je proti vyústění opatřeno vychylovacím . nástavcem 43, který vychyluje proud vody osově souměrně do vodorovného směru. Potrubí 44 pro odvod teplé užitkové vody dosahuje až . k nejvyššímu bodu akumulačního kotle 2 a je vyrobeno z tepelněizolačního materiálu nebo. je odpovídající tepelná izolace zajištěna jinak.The housing 1 can basically be formed in one piece and has an easily removable bottom plate which provides access to the connecting rail 7 and to the other essential elements for the operation of the device. An integrated annular heat exchanger 8 is inserted inside the housing 6, which is preferably deep drawn and preferably made of corrosion resistant material. In this case, it is made of three single-piece drawn and then shaped according to Archimede's spiral shaped tubes 11, 14 21. However, separate tubes may also be used, which are welded or soldered to an integrated shape. The lower tube 21 is connected to a circulating thermal environment system belonging to the heat collector 22. The central evaporator tube 11 represents the heat pump evaporator tube. Above the central evaporator tube 11 of the heat pump is generally provided a capillary tube of the heat pump, in the present case, when a thermal expansion valve 15 is installed as a throttle element between the upper and middle tubes, there is an upper cooling tube 14 for subcooling. Above the integrated annular heat exchanger 8 there is a heat insulating cover plate 12 whose diameter extends somewhat beyond the outer dimensions of the integrated annular heat exchanger 8. Around the integrated annular heat exchanger 8 is a cylindrical shell made of thermally insulating material and together with the aforementioned heat exchanger. the insulating cover plate 12 is inserted into the housing 6 such that the thermosiphon water circulation is possible only by a free space between the bottom surface of the housing 6 and the cylindrical housing 13 and between the cylindrical housing 13 and the heat insulating cover plate 12. 16 of the heat pump. This consists of an axially upwardly arranged straight pipe which, with respect to the height of the storage boiler 2, reaches up to the level where the electric heater 90 is arranged and the adjacent pipe, which surrounds and downwards the tubular helical coil. The straight section of the condenser 16 is provided with a plastic coating hose 17 which serves as thermal insulation along its entire length. The cold water supply line 42, which extends from the connection strip 7 and flows into the storage boiler 2, reaches 2377778. only slightly above the level of the heat-insulating cover plate 12 and is provided with a deflection against the orifice. a nozzle 43 that deflects the flow of water axially symmetrically in the horizontal direction. The domestic hot water pipe 44 reaches up to approx. to the highest point of the storage boiler 2 and is made of a thermal insulating material; or. the corresponding thermal insulation is provided differently.

Pro chlazení motor-kompresoru 10 je upraveno' gravitační vodní chlazení. K olejovému chladiči 50 motor-kompresoru 10 je připojeno poměrně krátké přívodní potrubí 51, které zasahuje alespoň do výšky vychylovacího nástavce 43, a delší odváděči potrubí 52, které je rovněž vytvořeno z tepelněizolačního materiálu a jehož úsek, který je v akumulačním kotli 2 a který dosahuje alespoň do úrovně kondenzátoru 16, je opatřen děrováním. Pro ohřívání vytápěcí vody jsou různé ' možnosti. Na výkrese je znázorněn příklad provedení dvojpláš.ového kotle 60, který má ve svém nejvyšším bodě odvzdušňovací ventil 61.Gravity water cooling is provided for cooling the motor-compressor 10. To the oil cooler 50 of the engine-compressor 10 is connected a relatively short supply line 51 that extends at least to the height of the deflection extension 43, and a longer discharge line 52, which is also made of heat insulating material and whose section is in the storage boiler 2. reaches at least the level of the capacitor 16, it is provided with punching. There are various options for heating the heating water. In the drawing, there is shown an exemplary embodiment of a dual-shell boiler 60 having a vent valve 61 at its highest point.

V dalším je vysvětlena funkce příkladu provedení zařízení, které je znázorněno na výkrese.The function of an exemplary embodiment of the device shown in the drawing is explained below.

Po ukončení instalace zařízení a po připojení připojovací lišty 7 lze zařízení uvést v činnost. Akumulační kotel 2 se naplní vodou z vodního potrubí. Systém kolektoru 22 tepla se naplní zdraví neškodným prostředím, zbarveným barvivém pro potraviny a odolným proti mrazu, například směsí vody a alkoholem. Obdobné platí i pro systém pro ohřev vytápěcí vody. Systém tepelného čerpadla je naplněn již výrobcem chladivém. Potom je třeba toliko připojit zařízení k elektrické síti. Protože do akumulačního kotle 2, stejně tak jako do dvojplášťového kotle 60 vytápěcí vody byla napuštěna studená voda o teplotě zhruba 10 °C, zapne diferenční termostat 70 s čidlem 71 a čidlem 72 oběhové čerpadlo 20 a další termostat 80 s čidlem 81 motor-kompresor 10. Výše uvedené teplo přenášející prostředí přenáší tepelnou energii z kolektoru 22 tepla na integrovaný prstencový tepelný výměník 8, pracující na protiproudém principu, případně do spodní trubky 21. Část tepla přechází ze spirálové spodní trubky 21 . přímo. do vody, avšak část tohoto tepla . přechází, vzhledem k dokonalému tepelnému kontaktu, také na ostatní trubky integrovaného prstencového tepelného výměníku 8. V závislosti na tom, o kolik je teplota střední odpařovací trubky 11 tepelného· čerpadla vyšší než teplota vody, přechází také část této energie ze střední odpařovací trubky 11 přímo do vody, zatímco zbývající část tepla přechází na vnitřní straně střední odpařovací trubky 11 do kapalného chladivá tepelného čerpadla. Posléze uvedené teplo způsobuje odpařování chladivá. Pára chladivá se stlačuje motor-kompresorem 10, čím, teplota páry vzrůstá. . Chladivo má nejvyšší teplotu na výstupu z motor-kompresoru 10. Vzhledem k tomu, že pří vodní potrubí kondenzátoru 16 je tepelně izolováno. potahovou hadicí 17, má nejvyšší závit kondenzátoru 16 nejvyšší povrchovou teplotu. Chladivo. se v kondenzátoru 16 ochlazuje a sráží a přitom ohřívá vodu. To množství užitkové vody, které je nad nejvyšším závitem kondenzátoru 16 se ohřívá na stejnou, poměrně vysokou teplotu. Na rozdíl od toho se to množství užitkové vody, které je pod nejvyšším závitem kondenzátoru 16, to je podél něho, ohřívá na nižší, s výškou akumulačního kotle 2 klesající teplotou. Vrstvy různě ohřáté vody se navzdory různé specifické hmotnosti navzájem nemísí. Nejchladnější voda je na dně akumulačního. kotle 2, to. znamená bezprostředně kolem integrovaného prstencového tepelného výměníku 8, což umožňuje maximální zisk energie z kolektoru 22 tepla.After the installation of the device has been completed and the connection strip 7 has been connected, the device can be activated. The storage boiler 2 is filled with water from the water pipe. The heat collector system 22 is filled with a non-hazardous, food-colored and frost-resistant environment, for example a mixture of water and alcohol. The same applies to the heating water system. The heat pump system is already filled with the refrigerant manufacturer. Then you only need to connect the device to the mains. Since cold water at a temperature of about 10 ° C has been infused into the boiler 2 as well as the double-jacket boiler 60, a differential thermostat 70 with sensor 71 and sensor 72 turns on the circulation pump 20 and another thermostat 80 with sensor 81 motor-compressor 10 The aforementioned heat transfer medium transfers heat energy from the heat collector 22 to the integrated annular heat exchanger 8, working on the countercurrent principle, optionally into the lower tube 21. Some of the heat passes from the spiral lower tube 21. directly. into the water, but part of this heat. due to the perfect thermal contact, it also passes to the other tubes of the integrated annular heat exchanger 8. Depending on how much the temperature of the heat pump's central evaporator tube 11 is higher than the water temperature, some of this energy is also transferred directly from the medium evaporator tube 11 into the water, while the remainder of the heat passes on the inside of the central evaporator tube 11 to the liquid coolant of the heat pump. The latter heat causes the refrigerant to evaporate. The refrigerant steam is compressed by the motor-compressor 10, whereby the steam temperature rises. . The refrigerant has the highest temperature at the outlet of the motor-compressor 10. Since the inlet conduit 16 is thermally insulated. 17, the highest thread of the capacitor 16 has the highest surface temperature. Refrigerant. In the condenser 16, it cools and shrinks while heating the water. The amount of service water that is above the highest thread of the condenser 16 is heated to the same, relatively high temperature. In contrast, the amount of service water which is below the highest thread of the condenser 16, that is along it, is heated to a lower temperature with the temperature of the storage boiler 2. The layers of differently heated water do not mix with each other despite different specific weights. The coldest water is at the bottom of the accumulation. boiler 2, it. means directly around the integrated annular heat exchanger 8, allowing maximum energy recovery from the heat collector 22.

Kondenzované chladivo se podchlazuje v nejvyšší, to je v horní chladičové trubce 14, která je v protiproudém principu v bezprostředním tepelném kontaktu se střední odpařovací trubko-u 11, a je za studená vstřikováno přes tepelně regulovaný expanzní ventil 15 nebo u jednoduššího provedení, přes kapilární trubičku do střední odpařovací trubky 11, ve které má vzhledem k nízkému tlaku i při nižších teplotách sklon k odpařování, k čemuž ale potřebuje tepelnou energii.The condensed refrigerant is subcooled at the highest, i.e. in the upper conduit 14, which is in countercurrent principle in immediate thermal contact with the central evaporator tube 11, and is cold injected via a thermally regulated expansion valve 15 or, in a simpler design, through a capillary a tube into the middle evaporation tube 11, in which it tends to evaporate due to the low pressure even at lower temperatures, but for which it requires thermal energy.

Uvnitř integrovaného prstencového tepelného výměníku B se změní tepelné poměry tak, že mezi tepelnou energií, získanou z kolektoru 22 tepla, a celkovou, z integrovaného prstencového tepelného výměníku 8 bezprostředně nebo. zprostředkovaně odevzdanou tepelnou energií se udrží v každém okamžiku energetická rovnováha.Within the integrated annular heat exchanger B, the thermal conditions change so that between the thermal energy obtained from the heat collector 22 and the total, from the integrated annular heat exchanger 8, immediately or. through the delivered thermal energy, the energy balance is maintained at all times.

Při dobrém ozařování kolektoru 22 tepla je podíl přímo ' přenášené energie větší než při špatném ozařování a nízké teplotě okolního vzduchu. Pokud je chladicí výkon tepelného čerpadla větší než energie přejímaná kolektorem 22 tepla, . bude teplota v okolí integrovaného prstencového tepelného výměníku 8 klesat až do toho okamžiku, kdy se vytvoří vyrovnání energie. Poklesem teploty odpařování klesá také přenášecí výkon tepelného čerpadla a stoupá podíl energie získané z okolí. Pokud se uskutečňuje takové vyrovnání energie při teplotách pod 0 °C, zamrzne integrovaný prstencový tepelný . výměník 8. Led vyplní prostor mezi závity integrovaného prstencového tepelného výměníku 8 a potom i celý prostor vymezený tepelněizolační krycí deskou 12 a válcovým pláštěm 13. Tím se zamezí gravitační cirkulaci vody integrovaným prstencovým . tepelným výměníkem 8. Protože led je dobrým tepelným izolátorem, avšak led také zabraňuje cirkulaci vody, uskutečňuje se další přenos tepla jen uvnitř integrovaného prstencového tepelného výměníku 8.With good irradiation of the heat collector 22, the proportion of directly transmitted energy is greater than with poor irradiation and low ambient air temperature. If the cooling capacity of the heat pump is greater than the energy received by the heat collector 22,. the temperature around the integrated annular heat exchanger 8 will decrease until an energy equalization is formed. As the evaporation temperature decreases, the heat transfer capacity of the heat pump also decreases and the proportion of energy recovered from the environment increases. If such an energy equalization is carried out at temperatures below 0 ° C, the integrated annular heat freezes. The ice fills the space between the threads of the integrated annular heat exchanger 8 and then the entire space defined by the heat-insulating cover plate 12 and the cylindrical shell 13. This prevents the gravitational circulation of water through the integrated annular heat exchanger. Since ice is a good heat insulator, but ice also prevents water circulation, further heat transfer takes place only within the integrated annular heat exchanger 8.

Protože tepelné čerpadlo vzhledem ke specifickému vytvoření kondenzátoru 16 pod236778 statně neohřívá užitkovou vodu, která je bezprostředně nad integrovaným prstencovým tepelným výměníkem 8, poskytuje kolektor 22 tepla při teplých slunečních dnech dostatek energie к bezprostřednímu ohřívání vody v akumulačním kotli 2 až na užitkovou teplotu, například 40 ^CC. Toliko za chladnějších dnů bez slunce se přídavně zapíná tepelné čerpadlo, které však v každém případě jen dohřívá vodu, která se získala z vodovodního potrubí a byla již částečně ohřátá energií z okolí. Spotřeba elektrické energie pro tepelné čerpadlo je příznivá, protože se jedná jen o meší rozdíly teploty, přičemž účinnost tepelného čerpadla je vysoká.Since the heat pump, due to the specific design of the condenser 16 below 2336778, does not heavily heat the domestic water immediately above the integrated annular heat exchanger 8, the heat collector 22 provides sufficient energy to heat the water in the storage boiler 2 up to the domestic temperature, e.g. ^C C. only colder days without the sun is additionally switched on heat pump, but in any case only heats water which is obtained from the water line and has already been partially heated with energy from the surroundings. The power consumption for the heat pump is favorable, since it is only a difference in temperature, and the heat pump efficiency is high.

Při odběru teplé užitkové vody z horní oblasti akumulačního kotle 2 přichází studená voda, přívodním potrubím 42. Pokud je čerstvá voda chladnější než užitková voda, která je ve spodní oblasti akumulačního kotle 2, vytlačuje tuto teplejší vodu ven. V opačném případě, pokud je čerstvá voda teplejší, zaujme automaticky takovou výškovou polohu, která odpovídá rozdělení teplot uvnitř akumulačního kotle 2. Při nižších venkovních teplotách a špatném ozařování, to je v zimních poměrech, nebo při větším odběru horké vody nebo teplo vytápěcí vodou, poklesne teplota inte -rovaného prstencové ho tepelného výměníku 8 vzhledem к provozu tepelného čerpadla pod G^CC. Integrovaný prstencový tepelný výměník 8 zamrzne. Zamrznutí se uskuteční poměrně rychle, vzhledem ke specifickému vytvoření integrovoného prstencového tepelného výměníku 8. Již tenká ledová vrstva na integrovaném prstencovém tepelném výměníku 8 zúží průřez, kterým se voda pohybuje působením gravitačních sil. Zvýšení odporu způsobí snížení průtoku, snížení průtoku ovlivní výměnu tepla, a proto se síla ledu na trubkách rychle zvětšuje, až integrovaný prstencový tepelný výměník 8 zcela zamrzne. Protože je integrovaný prstencový tepelný výměník 8 tepelnou izolací téměř zapouzdřen, dochází к přímému kontaktu mezi vodou a ledem toliko v prostoru mezi tepelněizolsční krycí deskou 12 a válcovým pláštěm 13, jakož i mezi válcovým pláštěm 13 a plochou dna pouzdra 6. Vzhledem к té okolnosti, že voda má největší hustotu při 4-4 °C, dochází na uvedených místech к malým místním termosifonovým cirkulacím, které však nepředstavují žádné za zmínku stojící ztráty energie. Pro jejich zabránění je integrovaný prstencový tepelný výměník 8 připojen tak, že chladivo vstupuje do vnějšího závitu střední odpařovací trubky 11, aby uvedené prostory co nejrychleji zamrzly. Led je výtečný tepelný izolátor a tak je při zamrzlém integrovaném prstencovém tepelném výměníku 8 možný přestup tepla z oběžného potrubí kolektoru 22 tepla pouze do oběžného potrubí tepelného čerpadla. Toto tepelné spojení je ale dobré; všechny tři trubky 11, 14, 21 integrovaného prstencového tepelného výmě níku 3 jsou v dobrém vzájemném tepelném kontaktu a tři prostředí proudí v protiproudu. Tepelné prostředí, které proudí kolektorem 22 tepla, má proto teplotu, která je jen o několik stupňů vyšší než teplota výparníku chladicího prostředí. Při tak nízkých teplotách odebírá kolektor 22 tepla ještě dále energii z okolí a přenáší ji přes tepelné čerpadlo na užitkovou vodu akumulačního kotleWhen hot water is taken from the upper area of the storage boiler 2, cold water comes through the inlet pipe 42. If fresh water is cooler than the domestic water that is in the lower area of the storage boiler 2, it pushes the hot water out. Otherwise, if the fresh water is warmer, it automatically assumes a height position that corresponds to the temperature distribution inside the storage boiler 2. At lower outdoor temperatures and poor irradiation, that is in winter conditions, or when hot water is consumed or heat produced by heating water, the temperature of the integrated annular heat exchanger 8 drops below GC ^C due to the heat pump operation. The integrated annular heat exchanger 8 freezes. The freezing takes place relatively quickly, due to the specific design of the integral ring heat exchanger 8. The already thin ice layer on the integrated ring heat exchanger 8 narrows the cross-section through which the water moves under the action of gravitational forces. Increasing the resistance causes a decrease in flow rate, a decrease in flow rate will affect heat exchange, and therefore the ice force on the tubes increases rapidly until the integrated annular heat exchanger 8 freezes completely. Since the integrated annular heat exchanger 8 is almost encapsulated by thermal insulation, direct contact between water and ice occurs only in the space between the heat-insulating cover plate 12 and the cylindrical shell 13, as well as between the cylindrical shell 13 and the bottom surface of the housing 6. Since the water has the highest density at 4-4 ° C, small local thermosiphon circulation occurs at these locations, but they do not account for any significant energy loss. To prevent this, the integrated annular heat exchanger 8 is connected so that the coolant enters the external thread of the central evaporator tube 11 to freeze said spaces as quickly as possible. The ice is an excellent heat insulator and so when the integrated annular heat exchanger 8 is frozen, the heat transfer from the heat collector circulation pipe 22 to the heat pump circulation pipe is only possible. But this thermal bond is good; all three tubes 11, 14, 21 of the integrated annular heat exchanger 3 are in good thermal contact with each other and the three environments flow in countercurrent. The thermal environment flowing through the heat collector 22 therefore has a temperature that is only a few degrees higher than the evaporator temperature of the cooling medium. At such low temperatures, the heat collector 22 takes further energy from the environment and transfers it via the heat pump to the domestic hot water of the storage boiler.

2.2.

Jako chlazení motoru-kompresoru 10 je upraveno gravitační vodní chlazení, které současně působí příznivě na tlumení hluku. Chladná voda se přivádí krátkým přívodním potrubím 51, je motor-kcmpresorem 10 ohřátá a vystupuje jako teplá voda děrovaným odváděcím potrubím 52 do té vrstvy užitkové vody, ve které je stejná teplota. Čím více se chladicí voda obrem, tím výše se uskuteční její výstup v děrovaném odváděcím potrubí 52. Tím se zabrání termosifonovému promíchávání různě ohřátých vrstev užitkové vody v akumulačním kotli 2 a současně se z hlediska energetického optimálně využije tepelných ztrát motor-komresoru 19.The cooling of the motor-compressor 10 is provided by gravity water cooling, which at the same time has a beneficial effect on noise reduction. The cold water is fed through the short inlet duct 51, is heated by the motor-compressor 10 and exits as hot water through the perforated outlet duct 52 to the domestic hot water layer at which the temperature is the same. The higher the cooling water is, the higher the outlet is in the perforated discharge pipe 52. This prevents thermosiphon mixing of the differently heated domestic water layers in the storage boiler 2 and at the same time optimizes the energy-loss of the motor-compressor 19.

Energie, odebíraná z okolí, by obecně stačila к ohřívání užitkové vody, avšak není dostatečná také pro ohřívání vytápěcí vody v zimním odbobí. Pokud se v akumulačním kotli 2 umístí bezprostředně nad nejvyšším závitem kondenzátoru 16 elektrické topné těleso 9!), lze nočním proudem se sníženým tarifem ohřívat část vody v akumulačním kotli 2 na teplotu blízkou bodu varu. Energií, akumulovanou v užitkové vodě, lze zprostředkovaně, například prostřednictvím vytápěcí vody proudící přes dvojplášťový kotel 6D, nebo bezprostředně vytápět známým způsobem prostory. Doporučuje se podlahové, to znamená nízkoteplotní vytápění, což umožňuje využívat pro vytápění v přechodné době, to je na jaře a na podzim, jakož i za slunných zimních dnů toliko tu energii, kterou dodá kolektor 22 tepla bezprostředně nebo přes tepelné čerpadlo. Elektrické topné těleso 9П pro přídavné ohřívání užitkové, případně vytápěcí vody se zapíná termostatem 95, který má čidlo 01 kontrolu teploty užitkové vody v akumulačním kotli 2 a čidlo 92 pro zjišťování teploty okolí, takže se při nízkých vnějších, teplotách automaticky dosahují odpovídající vyšší teploty mžitkové vody.The energy drawn from the surroundings would generally be sufficient to heat the domestic water, but it is also not sufficient to heat the heating water in the winter period. If an electric heater 9) is placed immediately above the highest thread of the condenser 16 in the storage boiler 2, a portion of the water in the storage boiler 2 can be heated to a temperature close to the boiling point by night-time current. The energy stored in the service water can be mediated, for example by means of the heating water flowing through the double-shell boiler 6D, or immediately heated in a known manner. Underfloor heating, i.e. low temperature heating, is recommended, which makes it possible to use only the energy supplied by the heat collector 22 immediately or via a heat pump for transient heating, in spring and autumn as well as on sunny winter days. The electric heater 9П for additional heating of the domestic or heating water is switched on by a thermostat 95 which has a sensor 01 for monitoring the temperature of the domestic water in the storage boiler 2 and a sensor for detecting the ambient temperature. water.

Ohřev užitkové vody prostřednictvím energie z okolí není rušen ani ohřevem vytápěcí vody nočním proudem a elektrickým topným tělesem 99, protože při odběru vody vstupuje chladná voda do spodní oblasti akumulačního kotle 2, kde je převážně stálo ohřívána energií z okolí. Teprve tehdy, až získá vyšší teplotu, vystoupí až do oblasti vlivu elektrického topného tělesa 90. Elektrické akumulační ohřívání proto v žádné roční době neruší provoz tepelného čerpadla nebo za příznivých poměrů bezprostřed236778 ní ohřívání vody energií okolí. Je to z toho důvodu, že všechny tri systémy z hlediska tepelné techniky navzájem souvisejí, přičemž tytéž prvky integrovaného prstencového tepelného výměníku 8 přinášejí současně užitek všem systémům. Za předpokladu, že tepelné čerpadlo není v provozu, vyhřívá povrch celého integrovaného prstencového tepelného výměníku 8 užitkovou vodu.The heating of the domestic water by means of ambient energy is also not disturbed by the heating of the heating water by the night current and the electric heating element 99, because during water abstraction the cold water enters the lower region of the storage boiler 2. Only when it reaches a higher temperature does it reach the area of influence of the electric heater 90. Therefore, the electric storage heater does not disturb the operation of the heat pump at any time of year or, at favorable proportions, the immediate heating of water by ambient energy. This is because all three systems are interconnected from the heat engineering point of view, and the same elements of the integrated annular heat exchanger 8 simultaneously benefit all systems. Assuming the heat pump is not in operation, the surface of the entire integrated annular heat exchanger 8 heats the domestic water.

Pokud je spotřeba vytápěcí vody větší než spotřeba teplé užitkové vody, lze zařízení zkonstruovat tak, aby akumulační kotel 2 nebyl pod tlakem z vodovodního potrubí. V takovém případě je podél trubky vytvářející kondenzátor 16 přivařena nebo přiletována další trubka, případně je s prvně uvedenou trubkou současně tažena, přičemž touto trubkou proudí v protiproudu užitková voda, která se ohřívá tak, že studená voda vstupuje dole a teplá voda vytéká nahoře.If the heating water consumption is greater than that of the domestic hot water, the system can be designed so that the storage boiler 2 is not under pressure from the water pipes. In such a case, another tube is welded or soldered along the condenser tube 16, or it is simultaneously drawn with the first tube, the service water flowing in countercurrent flow through this tube, which is heated so that cold water enters down and hot water flows up.

Pokud je kolektor 22 tepla uspořádán níže než akumulační kotel 2 a spojovací potrubí nemají velké hydraulické odpory, je možné se vzdát oběhového čerpadla 30 a diferenčního termostatu 70, protože v tom případě, kdy je v kolektoru 22 tepla nižší tep-If the heat collector 22 is arranged lower than the storage boiler 2 and the connecting pipes do not have large hydraulic resistances, it is possible to dispense with the circulation pump 30 and the differential thermostat 70, since in the case where the heat collector 22 is lower in temperature.

Claims

Apparatus for heating domestic water in an accumulation boiler and / or heating water in a double-shell boiler connected thereto, having at least one heat collector and one heat pump, the evaporator and condenser of which are arranged in heated water, characterized in that an annular heat exchanger (8) is arranged around the storage boiler (2), around which a heat-insulating cylindrical shell (13) is provided and which is covered by a heat-insulating cover plate (12), the middle of the annular heat exchanger (8) and heat-insulating cover plate (12). a capacitor (16) is mounted.

Device according to claim 1, characterized in that the annular heat exchanger (8) is formed of a lower tube (21), a medium evaporator tube (11) and an upper condenser tube (14) which are fixedly connected to one another and flowing metal. countercurrent, wherein the lower tube (21) is connected to the heat collector (22), the middle evaporation tube (11) is connected to the motor-compressor (10) at one end and the other end via the thermal expansion valve (15) to one end of the upper radiator. of the pipe (14), whose counterpart to the integrated annular heat exchanger 8, interrupts the gravitational circulation of the heat medium.

It goes without saying that the design and construction of the device may vary. For example, the storage boiler 2 may be painted, plastic coated, made of foamed plastic, or otherwise formed, but corrosion resistant. The housing 6 can also be designed in different ways. The height of the electric heater 90 and thus the height of the condenser 16 may be higher or lower depending on the amount of heating water. An additional heat exchanger can be provided in the storage boiler 2 for heating the service water, in particular for heating it with water from the central heating, and it is desirable that a condenser 16 is arranged above the highest thread. The automation of the operation can also be carried out in a different way, without compromising the essential features of the invention.

In case of higher water consumption it is possible to connect several devices into one common battery.

The invention end is connected to one connector of a capacitor (16), the other of which is connected to a motor-compressor (10).

Device according to claim 1, characterized in that a clearance is provided between the cylindrical shell (13) and its overlapping heat-insulating cover plate (12).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the condenser (16) is formed by a vertical helical tube (14) connected to the upper radiator tube (14) and a coating hose (17) arranged in the middle of the helix connected to the motor-compressor (10).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the motor-compressor (10) has its cooling jacket connected via a supply line (51) to the coldest region of the storage boiler (2) and via a discharge line (52) with the storage areas boilers (2).

6. The control system according to claim 5, characterized in that the heat-insulating material discharge pipe (52) is perforated over its entire section of the storage boiler (2).