DE9311514U1

DE9311514U1 - heater

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Publication number: DE9311514U1
Application number: DE9311514U
Authority: DE
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1992-08-03
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2003-07-29
Also published as: ATA156792A

Description

2 7. Juli 19932 7 July 1993

Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1181Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1181

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät zur Erwärmung eines Mediums mit einem von den Brenngasen eines Brenners beaufschlagbaren Wärmetauscher zur Erwärmung eines ersten Fiuidstromes und einem von einem weiteren Fluidstrom zumindest zeitweise durchströmbaren Wärmespeicher.The invention relates to a heating device for heating a medium with a heat exchanger that can be acted upon by the combustion gases of a burner for heating a first fluid flow and a heat accumulator through which a further fluid flow can flow at least temporarily.

Ein typisches Beispiel eines solchen Heizgerätes stellen kombinierte Brauch- und Heizwasserbereiter dar. Bei diesen dient meist das Heizwasser zur Erwärmung des Brauchwassers in einem separaten Wärmetauscher, der gut wärmeisoliert ist und dessen Primärkreis im wesentlichen nur bei Brauchwasserbedarf vom Heizwasser durchströmt wird, so daß dieser auch als Wärmespeicher dient. Allerdings ergibt sich dabei der Nachteil, daß ein solches Gerät aufgrund der sehr unterschiedlichen Wärmeanforderungen bei Heizungs- und Brauchwasserbedarf kaum optimal betrieben werden kann und es zu häufigen Starts des Brenners kommt, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Gerätes leidet und auch die Umweltbelastung steigt.A typical example of such a heating device is a combined domestic and heating water heater. In these, the heating water is usually used to heat the domestic water in a separate heat exchanger, which is well insulated and whose primary circuit is essentially only flowed through by the heating water when domestic water is needed, so that it also serves as a heat storage device. However, this has the disadvantage that such a device can hardly be operated optimally due to the very different heat requirements for heating and domestic water, and the burner starts up frequently, which reduces the cost-effectiveness of the device and also increases the environmental impact.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Heizgerät der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich durch ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit auszeichnet.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a heating device of the type mentioned at the beginning which is characterized by a high degree of economic efficiency.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Wärmespeicher durch ein an sich bekanntes mit einem Zeolith gefülltes Gefäß gebildet ist, das über einen Kondensator mit einem vom ersten Fluidstrom beaufschlagten Verdampfer verbunden ist.According to the invention, this is achieved in that the heat storage device is formed by a vessel known per se filled with a zeolite, which is connected via a condenser to an evaporator acted upon by the first fluid flow.

Die Wirkung von Zeolith-Material und dessen Anwendung in einer Kühlvorrichtung ist grundsätzlich aus der DE-OS 38 21 987 bekannt.The effect of zeolite material and its application in a cooling device is basically known from DE-OS 38 21 987.

Bei einem Heizgerät wirkt der Wärmespeicher in Verbindung mit dem Verdampfer und dem Kondensator wie eine Art Wärmetransformator und eine Wärmepumpe, wobei während des Betriebs des Brenners Wasser aus dem Zeolith ausgetrieben wird, das im Kondensator kondensiert und dort Kondensationswärme abgibt und in den Verdampfer fließt. Bei Nutzung des weiteren Fluidstromes wird Wärme aus dem ersten Fluidstrom über den Verdampfer entzogen, wobei der Zeolith Wasserdampf aufnimmt und die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme an den zweiten Fluidstrom abgegeben wird, bei dem es sich zum Beispiel um Brauchwasser, aber auch um Verbrennungsluft für einen Brenner für eine Luftheizung handeln kann. In beiden Fällen ergibt sich eine wesentliche Verbesserung des Betriebes und damit der Wirtschaftlichkeit des Heizgerätes, verglichen mit herkömmlichen Lösungen.In a heating device, the heat storage unit in conjunction with the evaporator and the condenser acts like a type of heat transformer and heat pump, whereby water is expelled from the zeolite during operation, which condenses in the condenser, releases condensation heat there and flows into the evaporator. When the additional fluid flow is used, heat is extracted from the first fluid flow via the evaporator, whereby the zeolite absorbs water vapor and the heat stored in the heat storage unit is released to the second fluid flow, which can be, for example, service water, but also combustion air for a burner for an air heating system. In both cases, there is a significant improvement in the operation and thus the economic efficiency of the heating device compared to conventional solutions.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Heizgerät zur Bereitung von Heizungs- und Brauchwasser, mit einem von einem Brenner beaufschlagten, vom zu erwärmenden Heizungswasser durchströmbaren und mit einer Vor- und einer Rücklaufleitung einer Heizungsanlage in Verbindung stehenden Wärmetauscher und einem als Brauchwasserbereiter dienenden Wärmespeicher.In particular, the invention relates to a heating device for preparing heating and domestic water, with a heat exchanger acted upon by a burner, through which the heating water to be heated can flow and which is connected to a flow and return line of a heating system and a heat storage device serving as a domestic water heater.

Bei bekannten derartigen Geräten ist der Brauchwasserbereiter durch einen Wärmetauscher gebildet, dessen Primärkreis vom erwärmten Heizungswasser durchströmt ist. Bei solchen Geräten ergibt sich der Nachteil, daß die Leistung des Brenners auf eine relativ hohe Leistung ausgelegt werden muß, um den Wärmebedarf für die Brauchwasserbereitung decken zu können. Für den Wärmebedarf zur Bereitung des Heizungswassers ist ein solcher Brenner meist überdimensioniert, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Betriebes des Gerätes leidet.In known devices of this type, the domestic water heater is formed by a heat exchanger, the primary circuit of which is flowed through by the heated heating water. The disadvantage of such devices is that the output of the burner must be designed for a relatively high output in order to be able to cover the heat requirement for domestic water preparation. Such a burner is usually over-dimensioned for the heat requirement for preparing the heating water, which reduces the economic efficiency of the device.

Um bei einem solchen Gerät die Zahl der Brennerstarts zu minimieren und damit die relativ hohen Verluste in den Startphasen zu vermindern und die Umweltbelastung zu reduzieren, ist vorgesehen, daß der Wärmespeicher von einer vom Brauchwasser durchströmbaren Rohrwendel durchsetzt und der Verdampfer in der Rücklaufleitung der Heizungsanlage angeordnet ist.In order to minimize the number of burner starts in such a device and thus reduce the relatively high losses in the start-up phases and reduce the environmental impact, the heat storage unit is provided with a coiled pipe through which the domestic water can flow and the evaporator is arranged in the return line of the heating system.

Auf diese Weise wirkt der Wärmespeicher in Verbindung mit dem Verdampfer und dem Kondensator wie ein Wärmetransformator und eine Wärmepumpe, die diskontinuierlich arbeiten. Dabei wird während der Betriebsphase des Brenners, zum Beispiel zur Erwärmung von Heizungswasser, Wasser aus dem ZeolithIn this way, the heat storage unit, in conjunction with the evaporator and the condenser, acts like a heat transformer and a heat pump that work discontinuously. During the operating phase of the burner, for example to heat heating water, water is extracted from the zeolite

ausgetrieben, das im Kondensator kondensiert und Kondensationswärme abgibt und in den Verdampfer fließt. Beim Zapfen von Brauchwasser wird Wärme aus dem den Verdampfer durchströmenden Heizungswasser entzogen, wobei der Zeolith Wasserdampf aufnimmt, wobei die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme an das Brauchwasser abgegeben wird. Da das Einspeichern der Wärme in den Wärmespeicher beziehungsweise dessen Zeolith über eine relativ lange Zeit erfolgen kann, wird mit relativ kleinen Brennerleistungen das Auslangen gefunden, die mit ihrer optimalen Leistung betrieben werden können.expelled, which condenses in the condenser and releases condensation heat and flows into the evaporator. When tapped, heat is extracted from the heating water flowing through the evaporator, whereby the zeolite absorbs water vapor, whereby the heat stored in the heat storage unit is released into the service water. Since the heat can be stored in the heat storage unit or its zeolite over a relatively long period of time, relatively small burner outputs are sufficient, which can be operated at their optimum performance.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, daß der Wärmespeicher in einem Bereich von 50 ⁰C und 250 ⁰C betrieben werden kann, in dem das vorgeschlagene Sorptionssystem Zeolith-Wasser am günstigsten arbeitet.The proposed measures ensure that the heat storage can be operated in a range of 50 ⁰ C and 250 ⁰ C, in which the proposed zeolite-water sorption system works most effectively.

Weiter kann vorgesehen sein, daß der Kondensator in einer Luftzuführung zum Brenner angeordnet ist.Furthermore, it can be provided that the condenser is arranged in an air supply to the burner.

Durch diese Maßnahme kann die Verbrennungsluft für den Brenner vorgewärmt werden, wodurch sich günstigere Brennbedingungen für den Brenner ergeben.This measure allows the combustion air for the burner to be preheated, resulting in more favorable combustion conditions for the burner.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Verdampfer in einer Rücklaufleitung einer Heizungsanlage angeordnet ist, wobei zwischen dem Verdampfer und dem Wärmetauscher vorzugsweise ein Abgaskühler zwischengeschaltet ist.According to a further feature of the invention, it can be provided that the evaporator is arranged in a return line of a heating system, with an exhaust gas cooler preferably being interposed between the evaporator and the heat exchanger.

Auf diese Weise kann einerseits aus dem Heizungswasser stammende Wärme nutzbringend in den Brauchwasserbereiter eingekoppelt werden und andererseits den abziehenden Abgasen des Brenners durch die Kühlung des Rücklaufwassers mehr Wärme entzogen und so der Wirkungsgrad des Wasserheizgerätes erhöht werden.In this way, on the one hand, heat from the heating water can be usefully fed into the domestic water heater and, on the other hand, more heat can be extracted from the exhaust gases of the burner by cooling the return water, thus increasing the efficiency of the water heater.

Weiter kann vorgesehen sein, daß im Abgasstrom des Brenners der Abgaskühler dem Wärmespeicher nachgeordnet ist.Furthermore, it can be provided that the exhaust gas cooler is arranged downstream of the heat storage unit in the exhaust gas flow of the burner.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die im Abgasstrom enthaltene Restwärme weitgehend genutzt werden kann. Dabei kann auch vorgesehen sein, daß die Abgase bis zur Kondensation abgekühlt werden, wodurch auch die Kondensationswärme ausgenutzt werden kann.This ensures that the residual heat contained in the exhaust gas flow can be used to the greatest extent possible. It can also be provided that the exhaust gases are cooled until they condense, whereby the condensation heat can also be used.

Weiter bezieht sich die Erfindung auf Heizgeräte zur Erwärmung von Raumluft. Dabei ist bei einem erfindungsgemäßen Heizgerät zur Erwärmung von Luft für eine Raumheizung vorgesehen, daß zwei Wärmespeicher vorgesehen sind, die über der Verbrennungsluft des Brenners ausgesetzte Kondensatoren mit einem der Abluft der Raumheizung ausgesetzten Verdampfer verbunden sind, wobei die beiden Wärmetauscher über ein Leitungssystem und eine Steuereinrichtung wechselweise ausgangsseitig mit dem Wärmetauscher oder eingangsseitig mit dem Abluftstrom verbindbar sind.The invention further relates to heating devices for heating room air. In a heating device according to the invention for heating air for room heating, two heat accumulators are provided, which are connected via condensers exposed to the combustion air of the burner to an evaporator exposed to the exhaust air of the room heating, whereby the two heat exchangers can be alternately connected to the heat exchanger on the output side or to the exhaust air flow on the input side via a line system and a control device.

Auf diese Weise ist es möglich, die Verbrennungsluft für den Brenner stets optimal vorzuwärmen und damit einen sehr günstigen Betrieb des Brenners zu gewährleisten. Dabei arbeiten die beiden Wärmespeicher nach dem Rekuperationsprinzip und arbeiten alternierend als Adsorber und Desorber. Gleichzeitig ist es durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch möglich, die in der Abluft enthaltene Wärme für die Vorwärmung der Verbrennungsluft, die zweckmäßigerweise von der Abluft der Raumheizung abgezweigt wird, zu nutzen, so daß die verbleibende Fortluft auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau abgeführt wird. Dadurch ergibt sich eine sehr weitgehende Nutzung der eingesetzten Primärenergie.In this way, it is possible to always preheat the combustion air for the burner optimally and thus ensure that the burner operates very efficiently. The two heat storage units work according to the recuperation principle and work alternately as adsorbers and desorbers. At the same time, the proposed measures also make it possible to use the heat contained in the exhaust air to preheat the combustion air, which is conveniently diverted from the exhaust air of the room heating system, so that the remaining exhaust air is discharged at a very low temperature level. This results in very extensive use of the primary energy used.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich eine erhebliche Energieeinsparung aufgrund der integrierten Wärmepumpe, deren Wärmequelle durch die Abluft gegeben ist und durch die Verbrennungsluftvorwärmung. Außerdem ergibt sich eine höhere Wärmerückgewinnung als bei konventionellen Luftheizanlagen mit Kreuzstrom-Wärmetauschern, da eine Entkopplung des Gütegrades von der Außenlufttemperatur realisiert ist. Außerdem ergibt sich durch die erfindungsgemäße Lösung eine FCKW-freie Wärmepumpe, wobei eine Nutzung der Kondensationswärme des Wasserdampfes im Abluftstrom möglich ist. Außerdem kann ein solches Heizgerät speziell für einen kleinen Wärmebedarf dimensioniert werden.The proposed measures result in significant energy savings due to the integrated heat pump, whose heat source is provided by the exhaust air, and by the preheating of the combustion air. In addition, there is a higher level of heat recovery than with conventional air heating systems with cross-flow heat exchangers, since the quality level is decoupled from the outside air temperature. In addition, the solution according to the invention results in a CFC-free heat pump, whereby the condensation heat of the water vapor in the exhaust air flow can be used. In addition, such a heating device can be dimensioned specifically for a small heat requirement.

Weiter kann vorgesehen sein, daß die beiden Kondensatoren mit einem gemeinsamen Verdampfer der in einer Abluftleitung der Raumheizung angeordnet ist und wechselweise einer der beiden WärmespeicherFurthermore, it can be provided that the two condensers are connected to a common evaporator which is arranged in an exhaust air duct of the room heating and alternately one of the two heat storage units

eingangsseitig mit einer in Strömungsrichtung der Abluft nach dem Verdampfer liegenden Abzweigung der Abluftleitung verbindbar ist.can be connected on the inlet side to a branch of the exhaust air line located in the flow direction of the exhaust air after the evaporator.

Auf diese Weise ergibt sich eine in konstruktiver Hinsicht sehr einfache Lösung.This results in a very simple solution from a structural point of view.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.

Dabei zeigen:Showing:

Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßen Wasserheizgerät,Figure 1 shows schematically a water heater according to the invention,

Figuren 2 und 3 Prinzipskizzen zur Erläuterung der Funktion des Sorptionssystems und Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizgerätes.Figures 2 and 3 are schematic diagrams to explain the function of the sorption system and Figure 4 shows a further embodiment of a heating device according to the invention.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.The same reference symbols indicate the same details in all figures.

Das erfindungsgemäße Wasserheizgerät nach der Figur 1 weist ein mit einem Zeolith 1 gefülltes Gefäß 10 auf, das von einer Rohrwendel 11, die vom Brauchwasser durchströmbar ist, durchsetzt ist und mit einem Kaltwasseranschluß 12 und einer mit einem Zapfventil versehenen Zapfstelle 13 verbunden ist.The water heater according to the invention according to Figure 1 has a vessel 10 filled with a zeolite 1, which is penetrated by a coiled pipe 11 through which the service water can flow and is connected to a cold water connection 12 and a tap 13 provided with a tap valve.

Der durch das Gefäß 10 und dem in diesem befindlichen Zeolith 1 gebildete Wärmespeicher 8 ist bei der Ausführungsform nach der Figur 1 von einer Rohrschlange 11 durchsetzt und dient als Brauchwasserbereiter, wobei dieser im Abgasweg eines Brenners 7 zwischen einem Primärwärmetauscher 5 und einem Abgaskühler 4 angeordnet ist.The heat storage device 8 formed by the vessel 10 and the zeolite 1 located therein is penetrated by a pipe coil 11 in the embodiment according to Figure 1 and serves as a domestic water heater, whereby this is arranged in the exhaust gas path of a burner 7 between a primary heat exchanger 5 and an exhaust gas cooler 4.

Dabei ist die Rohrschlange 11 des Wärmespeichers 8 mit einem Kondensator 2 verbunden, der in einer Luftzuführung 14 für den Brenner 7 angeordnet ist. Dabei ist für die Aufrechterhaltung einer entsprechenden Luftströmung ein Gebläse 9 im Bereich des Brenners 7 vorgesehen.The pipe coil 11 of the heat accumulator 8 is connected to a condenser 2, which is arranged in an air supply 14 for the burner 7. A fan 9 is provided in the area of the burner 7 to maintain an appropriate air flow.

Dieser Kondensator 2 ist über ein Absperrventil 6 mit einem mit einer Wärmedämmung 34 versehenen Verdampfer 3 verbunden, der von einer Rohrschlange 15 durchsetzt ist, die in einer Rücklaufleitung 16 einer nicht dargestellten Warmwasser-Heizungsanlage angeordnet ist.This condenser 2 is connected via a shut-off valve 6 to an evaporator 3 provided with thermal insulation 34, which is penetrated by a pipe coil 15 which is arranged in a return line 16 of a hot water heating system (not shown).

Der Verdampfer 3 beziehungsweise dessen Rohrschlange 15 ist mit dem Abgaskühler 4 verbunden, der vom Heizungswasser durchströmt und von den, in den Rauchgasabzug 31 abströmenden Abgasen beaufschlagt ist, wodurch diese entsprechend abgekühlt werden.The evaporator 3 or its pipe coil 15 is connected to the exhaust gas cooler 4, through which the heating water flows and through which the exhaust gases flow into the flue gas outlet 31, are exposed, whereby they are cooled accordingly.

Der Abgaskühler 4 ist über eine Leitung 32 in Reihe mit dem Wärmetauscher 5 verbunden, der oberhalb des Brenners 7 angeordnet ist, der über eine Gasleitung 17 mit Gas versorgbar ist.The exhaust gas cooler 4 is connected in series via a line 32 to the heat exchanger 5, which is arranged above the burner 7, which can be supplied with gas via a gas line 17.

Der Wärmetauscher 5 ist weiter mit einer Vorlaufleitung 18 verbunden, die zu der nicht dargestellten Heizungsanlage führt.The heat exchanger 5 is further connected to a flow line 18, which leads to the heating system (not shown).

Der Brenner 7 ist samt dem Wärmetauscher 5, dem Wärmespeicher 8 und dem Abgaskühler 4 in einer Brennkammer 19 angeordnet, die im wesentlichen zentrisch in einem Gehäuse 20 angeordnet ist, wobei der Ringraum 33 zwischen der Brennkammer 19 und dem Gehäuse 30 die Luftzuführung 14 bildet.The burner 7, together with the heat exchanger 5, the heat accumulator 8 and the exhaust gas cooler 4, is arranged in a combustion chamber 19 which is arranged essentially centrally in a housing 20, wherein the annular space 33 between the combustion chamber 19 and the housing 30 forms the air supply 14.

Die Figuren 2 und 3 zeigen schematisch die Funktion des Zeolith-Wassersystems.Figures 2 and 3 show schematically the function of the zeolite water system.

Bei einer Zufuhr von Desorptionswärme Qpesorb ^zum Zeolith wird Wasser aus diesem ausgetrieben, das im Kondensator kondensiert und durch Abgabe der Kondensationswärme Q^ond ^'^e ^^en Kondensator 2 umströmende Luft in der Luftzuführung 14 erwärmt. Das kondensierte Wasser rr^ fließt dabei in den Verdampfer 3 ab.When desorption heat Qpesorb is supplied ^{to the} zeolite, water is expelled from it, which condenses in the condenser and, by releasing the condensation heat Q^ond ^' ^e ^ the air flowing around ^the condenser 2 in the air supply 14, heats it. The condensed water rr^ flows off into the evaporator 3.

Wird aus dem in der Rücklaufleitung 16 strömenden Heizungswasser Wärme entzogen, so verdampft das Wasser im Verdampfer 3 und gelangt über den Kondensator 2 zum Wärmespeicher 8 und wird vom Zeolith 1 aufgenommen. Dabei wird die Absorptionswärme vom Zeolith 1 an das Brauchwasser abgegeben.If heat is extracted from the heating water flowing in the return line 16, the water evaporates in the evaporator 3 and passes through the condenser 2 to the heat storage unit 8 and is absorbed by the zeolite 1. The absorption heat is released from the zeolite 1 to the domestic water.

Der Zeolith 1 bildet mit dem Wasser ein abgeschlossenes System, das als Wärmetransformator und Wärmepumpe in einem diskontinuierlichen Betrieb arbeitet.The zeolite 1 forms a closed system with the water, which works as a heat transformer and heat pump in discontinuous operation.

Während der ersten Periode, der Desorption, wird Wasserdampf aus dem Zeolith 1 ausgetrieben, wodurch Bindungswärme im Zeolith 1 gespeichert wird. Die dafür nötige Wärme wird den Abgasen entzogen.During the first period, desorption, water vapor is expelled from the zeolite 1, whereby binding heat is stored in the zeolite 1. The heat required for this is extracted from the exhaust gases.

In der zweiten Periode, der Adsorption, impliziert die Abfuhr von Nutz- beziehungsweise Adsorptionswärme QAdsorb ^aus ^^em Zeolith 1 eine Aufnahme von Wasserdampf aus dem Verdampfer. Der Bedarf an Verdampfungswärme Q\/erd ^wird ^entweder aus dem Wasserreservoir des Verdampfers 3 oder mittels Zufuhr externer Wärme, und zwar aus dem Rücklauf-Heizungswasser gedeckt.In the second period, adsorption, the removal of useful or adsorption heat QAdsorb ^from ^the zeolite 1 implies an absorption of water vapor from the evaporator. The demand for evaporation heat Q\/erd ^is ^covered either from the water reservoir of the evaporator 3 or by supplying external heat, namely from the return heating water.

Falls der Wasserinhalt des Verdampfers sehr gering ist, kann eine Eisbildung und Sublimation von Wasserdampf im Verdampfer erreicht werden.If the water content of the evaporator is very low, ice formation and sublimation of water vapor in the evaporator can occur.

Das Sorptionssystem mit dem Stoffpaar Zeolith-Wasser ermöglicht somit folgende thermodynamische Prozesse:The sorption system with the zeolite-water pair enables the following thermodynamic processes:

a) Abwärme (zum Beispiel Restwärme im Abgas) auf einem Temperaturniveau von ca. 50 ⁰C bis 650 ⁰C kann zur Desorption von Wasserdampf genutzt werden, während simultan ca. 30 % der vom Zeolith 1 aufgenommenen Desorptionswärme Qo_esorb '^m Kondensator 2 rekuperiert werden kann.a) Waste heat (for example residual heat in the exhaust gas) at a temperature level of approx. 50 ⁰ C to 650 ⁰ C can be used for the desorption of water vapor, while simultaneously approx. 30 % of the desorption heat Qo _es orb ' absorbed by the zeolite 1 can be recuperated ⁱⁿ the condenser 2.

b) Nutzwärme Q^dsorb (^zum Beispiel zur Brauchwasserbereitung) auf einem Temperaturniveau von 50 ⁰C bis 250 ⁰C wird aus dem Zeolith 1 ausgekoppelt, während im Verdampfer 3 je nach Wasserinhalt Temperaturen bis zu -20 ⁰C erreicht werden. Bei Optimierung der Wassermenge ist eine Vereisung des Verdampferwassers vermeidbar. In diesem Fall dient der Verdampfer als Eisspeicher beziehungsweise Kältespeicher, deren Kältenutzung in dem nächsten Zyklus zeitlich versetzt eingebracht wird.b) Useful heat Q^dsorb ( ^for example for domestic water preparation) at a temperature level of 50 ⁰ C to 250 ⁰ C is extracted from the zeolite 1, while in the evaporator 3 temperatures of up to -20 ⁰ C are reached depending on the water content. By optimizing the water quantity, freezing of the evaporator water can be avoided. In this case, the evaporator serves as an ice storage or cold storage, the cold use of which is introduced at a later time in the next cycle.

c) Nutzwärme Q^dsorb ^au^ ^e'^nem Temperaturniveau von 50 ⁰C bis 250 ⁰C wird aus dem Zeolith 1 ausgekoppelt, während der Verdampfer 3 bei einer Temperatur geringfügig unterhalb der Umgebungstemperatur simultan Umgebungswärme einkoppelt.c) Useful heat Q^dsorbed ^at ^a temperature ^level of 50 ⁰ C to 250 ⁰ C is extracted from the zeolite 1, while the evaporator 3 simultaneously couples in ambient heat at a temperature slightly below the ambient temperature.

Für diese Sorptionsmaschine eröffnen sich demzufolge Anwendungen auf dem Gebiet derThis sorption machine therefore opens up applications in the field of

Wärmespeicherung
Wärmekapazität: 250 Wh/kg ZeolithHeat storage
Heat capacity: 250 Wh/kg zeolite

Wärmepumpentechnik
Wärmeziffer: £_WP = (ÜAdsorb + ^QKond)^{: Q}Desorb ¹ ·⁴ erzielbarHeat pump technology
Heat coefficient: £ _WP = (ÜAdsorb + ^Q Cond) ^{: Q} Desorb ¹ · ⁴ achievable

Kältespeicherung
Kältespeicherkapazität: 100 Wh/kg Zeolith sind erzielbarCold storage
Cold storage capacity: 100 Wh/kg zeolite can be achieved

Kälteerzeugung
Kälteziffer:£|<;p = Qyerd^Desorb °>^{3 ist erzielbar} Cooling generation
Cold factor:£|<;p = Qyerd^Desorb °> ^{3 is achievable}

Von Zeolith-Herstellern werden für die bisher realisierten kürzesten Zykluszeiten von ca. 6 min. eine maximale Wärmeleistung von 10 kW/kg^eolith ^unc' ^e'^{ne max}i^ma|e Kälteleistung von 1 kW/kg2eolith ^an9^e9^eben.Zeolite manufacturers ^claim a maximum heat output of 10 kW/kg^eolith ^and ^a ^maximum cooling output of 1 kW/kg2eolith for the shortest cycle times achieved ^to date of approx ^. 6 ^minutes .

Heating operation

Der Brenner 7 schaltet ein, um das Heizungswasser im konventionellen Wärmetauscher 5 zu erwärmen. Der Wärmetauscher 5 sollte so dimensioniert sein, daß die Abgastemperatur nach Verlassen des Wärmetauschers 5 im Temperaturbereich von 250 ⁰C bis 300 ⁰C liegt. Mit Hilfe der Restwärme im Abgas wird der Zeolith 1 beladen. Während der Desorption im Sorptionssystem wird der Wasserdampf aus dem Zeolith bei gleitender Temperatur von ca. 50 ⁰C bis 250 ⁰C desorbiert. Der Zeolith 1 soll mit einer Enddesorptionstemperatur von 250 ⁰C betrieben werden.The burner 7 switches on to heat the heating water in the conventional heat exchanger 5. The heat exchanger 5 should be dimensioned so that the exhaust gas temperature after leaving the heat exchanger 5 is in the temperature range of 250 ⁰ C to 300 ⁰ C. The zeolite 1 is loaded with the help of the residual heat in the exhaust gas. During desorption in the sorption system, the water vapor is desorbed from the zeolite at a sliding temperature of approx. 50 ⁰ C to 250 ⁰ C. The zeolite 1 should be operated with a final desorption temperature of 250 ⁰ C.

Im Kondensator 2 wird die zur Verflüssigung des Wasserdampfes entzogene Wärme der Verbrennungsluft zur Vorwärmung zugeführt.In condenser 2, the heat extracted to liquefy the water vapor is fed to the combustion air for preheating.

Die im Wasser des Verdampfers 3 gespeicherte Kälte, die während des vorherigen Adsorptionsprozesses erzeugt wurde, dient der Kühlung des Rücklaufes 16 der Heizungsanlage. Aufgrund der Temperaturabsenkung des Rücklaufs ist eine Brennwertnutzung im Abgaskühler 4 bis zu einer Abgastemperatur von ca. 10 ⁰C zu erzielen. Bei längerem Heizbetrieb ist verständlicherweise die Wärmesenke im Verdampferwasser ausgeschöpft und eine weitere Rücklaufkühlung nicht mehr möglich. Am Ende des Desorptionsvorganges, das heißt wenn die Temperatur von 250 ⁰C im Zeolith 1 erreicht ist, wird das Absperrventil 6 geschlossen. Der Heizbetrieb kann fortgesetzt werden, wobei die Verbrennungswärme konventionell mittels des Wärmetauschers 5 und des Abgaskühlers 4 dem Abgas entzogen wird.The cold stored in the water of the evaporator 3, which was generated during the previous adsorption process, is used to cool the return flow 16 of the heating system. Due to the reduction in the temperature of the return flow, calorific value utilization can be achieved in the exhaust gas cooler 4 up to an exhaust gas temperature of approx. 10 ⁰ C. During longer heating operations, the heat sink in the evaporator water is understandably exhausted and further return flow cooling is no longer possible. At the end of the desorption process, i.e. when the temperature of 250 ⁰ C is reached in the zeolite 1, the shut-off valve 6 is closed. Heating operation can continue, with the combustion heat being extracted from the exhaust gas in the conventional way by means of the heat exchanger 5 and the exhaust gas cooler 4.

Domestic water preparation

Bei Anforderung von Brauchwasser schaltet der Brenner 7 aus oder bleibt außer Betrieb. Dabei wird das Absperrventil 6 geöffnet.When service water is requested, the burner 7 switches off or remains out of operation. The shut-off valve 6 is opened.

Das Kaltwasser wird durch den Wärmespeicher 8 geleitet. Durch Aufnahme von Wärme aus dem Zeolith 1 fällt der Wasserdampfpartialdruck des Zeolith/Wasser-Stoffpaares. Als Folge davon adsorbiert der Zeolith 1 nach der obigen Beschreibung Wasserdampf aus dem Verdampfer 3. Hierbei wird Bindungswärme/Adsorptionswärme QAdsorb '^m Zeolith freigesetzt, welche dem durchlaufenden Brauchwasser zur Erwärmung zugeführt wird. Die zur Verdampfung notwendige Wärme wird dem Verdampferwasser entzogen. Durch die Wahl der entsprechenden Wassermenge im Verdampfer 3 kann eine Vereisung verhindert werden. Der Verdampfer ist zweckmäßigerweise wärmegedämmt, so daß die Kälte bis zum nächsten Desorptionsvorgang beim Heizbetrieb zur Kühlung des Rücklaufs gespeichert werden kann. Zur Erwärmung von 120 Liter Wasser von 10 ⁰C auf 60 ⁰C ist eine Zeolith-Masse von ca. 30 kg erforderlich.The cold water is passed through the heat storage 8. By absorbing heat from the zeolite 1, the water vapor partial pressure of the zeolite/water pair falls. As a result, the zeolite 1 adsorbs water vapor from the evaporator 3 as described above. This releases binding heat/adsorption heat QAdsorb ' ⁱⁿ the zeolite, which is fed to the running process water for heating. The heat required for evaporation is extracted from the evaporator water. Icing can be prevented by selecting the appropriate amount of water in the evaporator 3. The evaporator is expediently thermally insulated so that the cold can be stored to cool the return flow until the next desorption process during heating operation. A zeolite mass of approx. 30 kg is required to heat 120 liters of water from 10 ⁰ C to 60 ⁰ C.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber einer konventionellen Heizung und Brauchwasserbereitung im kombinierten Betrieb bestehen in der Reduzierung der Brennerleistung, da die Dimensionierung allein nachThe advantages of the invention compared to conventional heating and domestic water preparation in combined operation are the reduction of the burner output, since the dimensioning is based solely on

dem wesentlich geringeren Heizwärmebedarf erfolgen kann. Dadurch können sich Verminderungen der Brennerleistung von bis zu 70 % ergeben. Insbesondere bei kleinerem Heizwärmebedarf ist die Entkopplung vom Bedarf für die Brauchwasserbereitung ein wesentliches Kriterium.the significantly lower heating demand. This can result in reductions in burner output of up to 70%. Particularly with lower heating demand, decoupling from the demand for domestic hot water preparation is an important criterion.

Weiter ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen eine deutliche Verbesserung der Brennwertnutzung aufgrund der Kühlung des Rücklaufwassers im Verdampfer 3 des ZeolithAVassersy-stems.Furthermore, the measures provided according to the invention result in a significant improvement in the use of the calorific value due to the cooling of the return water in the evaporator 3 of the zeolite water system.

Außerdem ist auch eine erhebliche Verkleinerung der Baugrößen der Heizgeräte gegenüber herkömmlichen Wasserheizem möglich.It is also possible to significantly reduce the size of the heaters compared to conventional water heaters.

Außerdem erhöht sich durch die Wärmespeicherung für die Brauchwasserbereitung der Komfort für den Benutzer.In addition, the heat storage for domestic water preparation increases comfort for the user.

Weiter kann aufgrund der geringeren Brennerleistung auch das Abgassystem entsprechend kleiner dimensioniert werden.Furthermore, due to the lower burner output, the exhaust system can also be dimensioned smaller.

Die Figur 4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Heizgerät zur Erwärmung von Raumluft. Bei diesem Gerät ist ein voll vormischender Brenner 7 vorgesehen, der seine Verbrennungsluft aus der Abluftleitung 21 zur Entlüftung nicht weiter dargestellter Räume bezieht. Weiter sind zwei Wärmespeicher 8, 8' vorgesehen, die über Leitungen 22,23 mit einer Steuereinrichtung 24 mit der Abluftleitung 21 oder einem den Wärmetauscher 5 beaufschlagenden Gebläse 25 verbindbar sind. Dabei ist die Steuereinrichtung 24 durch eine Klappe 26 gebildet, die jeweils zwei Anschlüsse der Steuereinrichtung 24 voneinander trennt.Figure 4 shows a schematic diagram of a heating device according to the invention for heating room air. This device has a fully premixing burner 7 which draws its combustion air from the exhaust air line 21 for ventilating rooms not shown in more detail. Two heat accumulators 8, 8' are also provided which can be connected via lines 22, 23 to a control device 24 with the exhaust air line 21 or a fan 25 acting on the heat exchanger 5. The control device 24 is formed by a flap 26 which separates two connections of the control device 24 from each other.

Dabei ist einer der Anschlüsse der Steuereinrichtung 24 mit einer Abzweigleitung 28 verbunden, die in Strömungsrichtung der Abluft stromab des Verdampfers 3 angeordnet ist, der über in einer zum Brenner 7 führenden, stromauf des Verdampfers 3 abgehenden Abzweigleitung 27 der Abluftleitung 21 angeordnete Kondensatoren 2 mit den Wärmespeichern 8,8' beziehungsweise deren Zeolith 1,1' verbunden ist.One of the connections of the control device 24 is connected to a branch line 28 which is arranged in the flow direction of the exhaust air downstream of the evaporator 3, which is connected to the heat accumulators 8, 8' or their zeolite 1, 1' via condensers 2 arranged in a branch line 27 of the exhaust air line 21 leading to the burner 7 and leading upstream of the evaporator 3.

Für die Förderung der Abluft ist ein Gebläse 29 und für die Förderung der im Wärmetauscher 5 zu erwärmenden Frischluft in den zu beheizenden Raum über eine Leitung 35 ist ein weiteres Gebläse 30 vorgesehen. Das Gebläse 29 ist dabei schwächer dimensioniert als das Gebläse 25.A fan 29 is provided for conveying the exhaust air and another fan 30 is provided for conveying the fresh air to be heated in the heat exchanger 5 into the room to be heated via a line 35. The fan 29 is smaller than the fan 25.

Das Sorptionssystem des Heizgerätes nach der Figur 4 ist durch die beiden Wärmespeicher 8, 8' beziehungsweise deren Zeolith 1 gebildet, von denen jeweils ein Wärmespeicher 8, 8'als Adsorber und der andere als Desorber arbeitet.The sorption system of the heating device according to Figure 4 is formed by the two heat storage units 8, 8' or their zeolite 1, of which one heat storage unit 8, 8' works as an adsorber and the other as a desorber.

Die Kondensatoren 2 sind in der Verbrennungsluftzuleitung 27 und der Verdampfer 3 im Abluftkanal 21 positioniert.The condensers 2 are positioned in the combustion air supply line 27 and the evaporator 3 in the exhaust air duct 21.

Während der Heizphase ist der voll vormischende Brenner 7 kontinuierlich in Betrieb. Die zur Verbrennung nötige Luft wird von der warmen Abluft über die Abzweigleitung 27 abgezweigt, wobei diese durch die Kondensatoren 2 weiter vorgewärmt wird. Der zur Adsorption benötigte Luftstrom wird dem Abluftkanal 21 über die Abzweigleitung 28 entnommen und je nach Stellung der Klappe 26 der Steuereinrichtung 24 entweder über die Zuleitung 22 oder die Zuleitung 23 den Wärmespeichern 8 und 8' zugeführt. Die Förderung dieses Luftstromes erfolgt mittels des Gebläses 25. Dabei werden die beiden Wärmespeicher abwechselnd mit den Brenngasen des Brenners 7 zur Desorption beaufschlagt, wobei die Umschaltung mittels der Klappe 26 der Steuereinrichtung 24 erfolgt.During the heating phase, the fully premixing burner 7 is in continuous operation. The air required for combustion is branched off from the warm exhaust air via the branch line 27, which is further preheated by the condensers 2. The air flow required for adsorption is taken from the exhaust air duct 21 via the branch line 28 and, depending on the position of the flap 26 of the control device 24, is fed to the heat accumulators 8 and 8' either via the supply line 22 or the supply line 23. This air flow is conveyed by means of the fan 25. The two heat accumulators are alternately supplied with the combustion gases from the burner 7 for desorption, with the switching taking place by means of the flap 26 of the control device 24.

Während der ersten Hälfte eines Zyklus von ca. 6 min. befindet sich die Klappe 26 der Steuereinrichtung 24 in der dargestellten Lage. Das Gebläse 25 saugt Luft aus der Abluftleitung 21 an, welche die Adsorptionswärme auf einem Temperaturniveau bis 250° aus dem Wärmespeicher 8 sowie die Verbrennungswärme bis ca. 800 ⁰C aufnimmt, um dem Zeolith des Wärmespeichers 8' Wasserdampf auszutreiben. Die Verbrennungsgase und die zusätzlich angesaugte Abluft verlassen das Zeolithsystem mit einer Temperatur von ca. 150 bis 200 ⁰C. Im Wärmetauscher 5 wird die Abgaswärme an die vom Gebläse 30 geförderte Frischluft übertragen. Im Falle niedriger Außentemperaturen ist eine Unterschreitung des Taupunktes der Brenngase und damit eine Brennwertnutzung möglich.During the first half of a cycle of approximately 6 minutes, the flap 26 of the control device 24 is in the position shown. The fan 25 draws in air from the exhaust air line 21, which absorbs the adsorption heat at a temperature level of up to 250° from the heat accumulator 8 and the combustion heat up to approximately 800 ⁰ C in order to expel water vapor from the zeolite of the heat accumulator 8'. The combustion gases and the additionally drawn-in exhaust air leave the zeolite system at a temperature of approximately 150 to 200 ⁰ C. In the heat exchanger 5, the exhaust heat is transferred to the fresh air conveyed by the fan 30. In the case of low outside temperatures, the dew point of the combustion gases can be undercut and the calorific value can therefore be used.

Zu Beginn der zweiten Hälfte des Zyklus leitet die Steuereinrichtung 24 durch Umstellen der Klappe 26 um 90° den aus der Abzweigleitung 28 kommenden Abluftstrom zum Wärmespeicher 8' und verbindet den Wärmespeicher 8 mit dem Gebläse 25, wodurch sich eine Umkehr der Durchströmungsrichtung durch die Wärmespeicher 8, 8' ergibt. Dadurch wirkt nun der Wärmespeicher 8 als Desorber und der Wärmespeicher 8' als Adsorber.At the beginning of the second half of the cycle, the control device 24 directs the exhaust air flow coming from the branch line 28 to the heat accumulator 8' by turning the flap 26 by 90° and connects the heat accumulator 8 to the fan 25, which results in a reversal of the flow direction through the heat accumulators 8, 8'. As a result, the heat accumulator 8 now acts as a desorber and the heat accumulator 8' as an adsorber.

Als Wärmequelle für die Zeolith-Adsorptionswärmepumpe dient die Abluft. Durch die Positionierung des Verdampfers 3 in der Abluftleitung 21 ist ein höheres Wärmeverhältnis des Wärmepumpenprozesses gegenüber konventionellen Adsorptions-Wärmepumpen sowie eine Wärmerückgewinnung aufgrund des Auskondensierens von Wasserdampf aus der Abluft zu erreichen. Der Brenner operiert modulierend, wobei eine Verlängerung der Zykluszeit und damit einhergehend eine Verschlechterung der Quasistationärität in Kauf genommen werden muß.The exhaust air serves as the heat source for the zeolite adsorption heat pump. By positioning the evaporator 3 in the exhaust air line 21, a higher heat ratio of the heat pump process can be achieved compared to conventional adsorption heat pumps, as well as heat recovery due to the condensation of water vapor from the exhaust air. The burner operates in a modulating manner, whereby an extension of the cycle time and the associated deterioration of the quasi-stationary state must be accepted.

Claims

2 7. JuTi 1993 Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1181 CLAIMS

1. Heating device for heating a medium with a heat exchanger which can be acted upon by the combustion gases of a burner for heating a first fluid flow and a heat accumulator through which a further fluid flow can flow at least temporarily, characterized in that the heat accumulator (8) is formed by a vessel (10) known per se filled with a zeolite (1) which is connected via a condenser (2) to an evaporator (3) acted upon by the first fluid flow.

2. Heating device according to claim 1, characterized in that for the preparation of heating and domestic water, with a heat exchanger acted upon by a burner, through which the heating water to be heated can flow and which is connected to a flow and a return line of a heating system and a heat accumulator serving as a domestic water heater, the heat accumulator (8) is penetrated by a pipe coil (11) through which the domestic water can flow and the evaporator (3) is arranged in the return line (16) of the heating system.

3. Heating device according to claim 2, characterized in that the condenser (2) is arranged in an air supply (14) to the burner (7).

4. Heating device according to claim 2 or 3, characterized in that the
Evaporator (3) is arranged in a return line (16) of a heating system, wherein between the evaporator (3) and the heat exchanger (5)
Preferably an exhaust gas cooler (4) is interposed.

5. Heating device according to one of claims 2 to 4, characterized in that in the exhaust gas flow of the burner (7) the exhaust gas cooler (4) is connected to the heat accumulator (8)
is subordinate.

6. Heating device according to claim 1 , characterized in that two heat accumulators (8, 8') are provided for heating air for a room heating system, which are connected via condensers (2) exposed to the combustion air of the burner (7) to an evaporator (3) exposed to the exhaust air of the room heating system, wherein the two heat exchangers (8, 8') can be alternately connected on the output side to the heat exchanger (5) or on the input side to the exhaust air flow via a line system and a control device (24).

7. Heating device according to claim 6, characterized in that the two
Condensers (2) with a common evaporator (3) which is arranged in an exhaust air line (21) of the room heating and alternately one of the two heat accumulators (8, 8') on the inlet side with a branch of the exhaust air line (21) located in the flow direction of the exhaust air after the evaporator (3)
can be connected.