专利名称：加热设备和加热方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种加热设备和根据权利要求15的前序部分的一种方法。本发明还涉及根据本发明的加热设备的使用，用以提供热的自来水。
背景技术：
从专利文件WO 00/32992 A1中已知根据权利要求1的前序部分的加热设备。为了从第一回路中的第一介质向第二回路中的第二介质传热，该已知的加热设备包括布置在第二回路中的换热器形式的两个或三个传热装置，其中该第二回路包括例如热的自来水形式的第二介质。为了对第一回路中的第一介质发热，在所述第一回路中布置加热锅炉形式的第一生热装备和热泵形式的第二生热装备。借助于所述传热装置，可以逐渐将第二回路中的第二介质加热至期望目标温度。在很大程度上，该已知的加热设备可以使用作为加热设备中用于加热热的自来水的主要能源的热泵以及散热器，然而，为了满足现行的加热需求，需要加热锅炉仅在较高负荷下操作，这将降低加热设备的操作成本。
发明内容
本发明的目的是获得一种加热设备和方法，其能够有效利用包含在该加热设备中的热泵。
根据本发明，借助于具有权利要求1中所述特征的加热设备和具有权利要求15中所述特征的方法来实现所述目的。
本发明的方案意味着使用连接在第一热泵的冷凝器和膨胀阀之间的换热器来从热泵的工作介质向第三回路中的第三介质传热；另一热泵(在此将其称为第二热泵)布置成通过从第三回路中的第三介质吸收热能来加热第二回路中的第二介质。第二回路中的第二介质优选是将要被加热的水以提供热的自来水。借助于第二热泵的所述加热适当地构成用于将热的自来水加热至期望温度的过程中的最终加热步骤，即热的自来水的最终加热。利用本发明的方案，在第一热泵操作时，使用第一热泵的工作介质的余热来使第二回路中的第二介质的温度提高。在加热第二介质时，通过利用热泵的工作介质的所述余热而不是浪费该余热可以获得热泵效率的提高。
根据本发明的优选实施方式，加热设备包括另一换热器，在此将其称为第二换热器，该第二换热器与第一换热器串联地布置在第三回路中，以从第三回路中的第三介质向第二回路中的第二介质传热。该传热适当地构成用于将热的自来水加热至期望温度的过程中的第一初始加热步骤，即热的自来水的预热。而且，在该加热步骤中，在第一热泵操作时，使用第一热泵的工作介质的余热使所述第二介质的温度提高，由此，使随后加热步骤(或多个步骤)中用于使第二介质的温度提高至期望目标温度所需的能量减少。借助于第二换热器，还可以使用第三回路中的热能来加热第二回路中的第二介质而不需要第二热泵操作。
根据本发明的另一优选实施方式，加热设备包括另一换热器，在此将其称为第三换热，该第三换热器与第一换热器串联地布置在第三回路中，以从第四介质例如环境空气向第三回路中的第三介质传热。该第三换热器可以辅助第一换热器并有助于向第二热泵提供补充热，并且可随时应用于第二换热器。当第一热泵不操作时，第三换热器还可以用于向第二热泵提供热能，并且可随时应用于第二换热器。
从从属权利要求和随后的说明中可以清楚本发明的加热设备和方法的其它优选实施方式。
本发明还涉及本发明的加热设备的使用，以用于提供热的自来水，在该情况下，第二回路中的第二介质是被加热以提供所述热的自来水的水。
以下将参照附图对本发明的实施例进行更加详细地说明，其中图1是根据本发明第一实施方式的加热设备的示意图；图2是根据本发明第二实施方式的加热设备的示意图；图3是根据本发明第三实施方式的加热设备的示意图；图4是根据本发明第四实施方式的加热设备的示意图；图5是根据本发明第五实施方式的加热设备的示意图；和图6是根据本发明第六实施方式的加热设备的示意图。
具体实施例方式
本发明的加热设备1包括用于三个分离介质的至少三个回路K1、K2、K3，即包含第一介质如水的第一回路K1、包含第二介质如热的自来水的第二回路K2和包含第三介质如水的第三回路K3。在图1-6中示意性示出了根据本发明的加热设备的不同实施方式。所示的加热设备被设计成用来加热房子或其它建筑物和与其相关的热的自来水。然而，本发明的加热设备还可以被设计成用来满足其它类型的加热需求。
本发明的加热设备1还包括热泵形式的第一生热装备2，以下将其称为第一热泵，该第一热泵布置在第一回路K1中用于例如通过利用地热和/或太阳热来加热第一回路K1中的第一介质；和热泵形式的第二生热装备3，以下将其称为第二热泵，其布置成通过从第三回路K3中的第三介质吸收热能来加热第二回路K2中的第二介质。
在图1-6所示的实施方式中，例如传统烧油和/或使用木材燃料的加热锅炉形式的第三生热装备4与第一热泵2串联地也布置在第一回路K1中以便向第一介质供热，该第三生热装备4还可以包括带有所谓加热筒的用于加热的部件。
第一热泵2包括蒸发器2c、冷凝器2d、压缩机2e和膨胀阀2f，该膨胀阀2f优选是电动机械膨胀阀。通过与连接至蒸发器2c的在此未示出的回路中的介质进行热交换，热泵的工作介质经由蒸发器2c吸收热能。经由压缩机2e添加功，由此热泵的工作介质的压力和温度提高。然后在冷凝器2d中，热能通过热交换散发到第一回路K1中的第一介质，然后热泵的工作介质经由膨胀阀2f返回蒸发器2c同时经受压力和温度降低。因此，热泵2的输出侧与第一回路K1相连，使得第一回路中第一介质和热泵的冷凝器2d之间的热交换成为可能。
借助于输送管6，加热锅炉4的出口4b与一个或多个散热装置8的进口7相连。这些装置8用于加热另外的介质，在该情况下，用于加热建筑物内的空气，并且这些装置8例如由利用热水或另一介质操作的传统散热器构成。散热装置的出口9借助于回流管10与第一热泵的进口2a相连，第一热泵的出口2b借助于回流管10与加热锅炉的进口4a相连。
回流管10和输送管6经由第一连接管11A互相连接，该第一连接管11A布置在从位于输送管6的第一点P1到位于第一热泵的出口2b和加热锅炉的进口4a之间的点P2。回流管10和输送管6还经由第二连接管11B互相连接，该第二连接管11B布置在从位于第一热泵的出口2b和加热锅炉的进口4a之间的点P3到位于输送管6的点P4。加热设备还包括第三连接管11C和第四连接管11D，该第三连接管11C布置在从位于点P4和散热器的进口7之间的点P5到位于散热器的出口9和第一热泵的进 2a之间的点P6，该第四连接管11D布置在从位于点P4和点P5之间的点P7到位于点P6和第一热泵的进口2a之间的点P8。在第二连接管11B和输送管6处，控制阀12布置在点P4处；在第三连接管11C和输送管6处，控制阀13布置在点P5处。止回阀14布置在第一连接管11A中，而且止回阀15布置在第四连接管11D中。此外，止回阀16布置在回流管10中，位于回流管10还构成用于旁通第一热泵2的部件，即用于第一热泵2的旁通管17的位置处。因此，上面提及的止回阀16布置在回流管10在第一热泵的进口2a和出 2b之间延伸的部分中。循环泵18布置在第一热泵的冷凝器2d和回流管10之间的其中一个连接管中。而且循环泵19布置在输送管6中。可替换地，最后提及的循环泵19可以布置在回流管10中。
第二热泵3包括蒸发器3c、冷凝器3d、压缩机3e和膨胀阀3f，该膨胀阀3f优选是电动机械膨胀阀。通过与连接到蒸发器3c的第三回路K3中的第三介质进行热交换，热泵的工作介质经由蒸发器3c吸收热能。经由压缩机3e添加功，由此热泵的工作介质的压力和温度提高。然后在冷凝器3d中，热能通过热交换被散发到第二回路K2中的第二介质，然后热泵的工作介质经由膨胀阀3f返回蒸发器3c同时经受压力和温度降低。因此，第二热泵3的输出侧与第二回路K2相连，使得第二回路中第二介质和热泵的冷凝器3d之间的热交换成为可能。
本发明的加热设备1还包括换热器40，以下将其称为第一换热器，该第一换热器40布置在第三回路K3中并连接在第一热泵的冷凝器2d和膨胀阀2f之间，以从第一热泵的工作介质向第三回路K3中的第三介质传热。此外，循环泵43布置在第三回路K3中。第一换热器40经由第三回路K3与第二热泵的蒸发器3c相连并且与第二热泵的蒸发器3c串联地布置在第三回路K3中。因此，根据本发明，利用第一热泵2的冷凝物以向第二热泵3提供热能，该第二热泵3又利用该热能加热第二介质，例如以实现对热的自来水的加热。所述换热器40构成第一热泵2的所谓的过冷器。
在所有示出的实施方式中，布置第二热泵3用于最终加热第二介质，如上所述，该第二介质可以由被加热的水组成以提供热的自来水。被最终加热的热的自来水适当地储存在布置于第二回路K2中的储存器27中，该储存器经由两连接管28、29与第二热泵3相连。循环泵30布置在这些连接管之一中。带有循环泵32的回流管31布置在储存器的上部出口27b和下部进口27a之间。
除了以下不同之外，图2所示的实施方式对应于图1所示的实施方式在图2所示的实施方式的情况下，加热设备1包括布置在第一回路K1中的换热器21，以通过第一介质和第二介质之间的热交换来从第一回路K1中的第一介质向第二回路K2中的第二介质传热，或者从第二回路K2中的第二介质向第一回路K1中的第一介质传热。因此，可以使用该换热器21以在需要出现时通过从第一回路K1中的第一介质向第二回路K2中的第二介质传热而有助于第二回路K2中的第二介质的加热。当满足关于第二回路K2中的第二介质的加热需求时，又可以使用换热器21以通过从第二回路K2中的第二介质向第一回路K1中的第一介质的传热而有助于对第一回路K1中的第一介质进行加热。这里，该换热器21经由两个连接管22、23与输送管6相连。循环泵24设置在这些连接管之一中。止回阀25设置在输送管6中，位于输送管6构成用于旁通换热器21的部件即用于换热器21的旁通管26的位置处。因此，最后提及的止回阀25布置在输送管6在所述连接管22、23之间延伸的部分中。在所示的例子中，换热器21与第二热泵的冷凝器3d和储存器27之间的第三回路K3相连。
在图1和图2所示的实施方式中，没有进行热的自来水的预热，因此，在这些情况下，储存器27布置成直接从冷水管80接收冷水。
除了以下不同之外，图3所示的实施方式对应于图2所示的实施方式在图3所示的实施方式的情况下，加热设备1包括另一换热器42，以下将其称为第二换热器，该第二换热器42与第一换热器40串联地布置在第三回路K3中。该第二换热器42布置成通过第三介质和第二介质之间的热交换从第三回路K3中的第三介质向第二回路K2中的第二介质传热。如图3所示，第二换热器42和第二热泵的蒸发器3c适当地布置在第三回路K3中，互相串联，但也可以布置成互相并联。第二换热器42与第二热泵的冷凝器3d上游的第二回路K2相连，因此，该第二换热器42用于预热热的自来水。在此所示的实施方式中，第二换热器42经由管81与储存器27相连，该储存器27布置成储存被最终加热的热的自来水。在此，第二换热器42布置成经由冷却水管80接收冷水并经由管81将被预热的热的自来水运送到储存器27。
当然也可以使图1所示的加热设备设有上述类型的第二换热器42，该第二换热器42布置在第三回路K3和第二回路K2之间。
除了以下不同之外，图4所示的实施方式对应于图3所示的实施方式在图4所示的实施方式的情况下，加热设备1包括另一换热器45，以下将其称为第三换热器，该第三换热器45与第一换热器40串联地布置在第三回路K3中，以通过第四介质和第三介质之间的热交换从第四介质向第三回路K3中的第三介质传热。第四介质适当地是环境空气，在该情况下，第三换热器45是空气换热器。该空气换热器45适当地位于与第一热泵2相同的空间中以利用在该热泵2操作过程中产生的升高的空气温度。第三换热器45还可以是另一类型的换热器，该类型的换热器在未使用第一热泵2时或仅很低程度地使用第一热泵2时供给用于加热第三回路K3中的第三介质的能量，从而在第一热泵2未给第三回路K3中的第三介质产生足够热能时的操作模式期间，经由第二热泵3和/或经由第二换热器42也可以获得期望的加热效果。在所示情况下，第三换热器45布置在第二换热器42和第一换热器40之间的第三回路K3中。
当然也可以使图1和图2所示的加热设备设有参照图4所说明类型的换热器45，该换热器45与第一换热器40串联地布置在第三回路K3中。
除了以下不同之外，图5所示的实施方式对应于图4所示的实施方式在图5所示的实施方式的情况下，加热设备1还包括储存器44，该储存器44与第一换热器40串联地布置在第三回路K3中，以储存第三介质。在所示情况下，储存器44布置在第二换热器42和第三换热器45之间的第三回路K3中。
当然也可以使图1-3所示的加热设备设有参照图5所说明类型的储存器，该储存器与第一换热器40串联地布置在回路K3中。
除了以下不同之外，图6所示的实施方式对应于图2所示的实施方式在图6所示的实施方式的情况下，加热设备1包括另一换热器46，该换热器46布置在第一回路K1中并且连接在第二热泵的冷凝器3d和膨胀阀3f之间，以从第二热泵的工作介质向第一回路K1中的第一介质传热。因此，根据该实施方式，利用第二热泵3的冷凝物向第一介质供给热能。所述换热器46构成第二热泵3的所谓的过冷器。在此，该换热器46经由两连接管47、48与输送管6相连。节流阀49布置在输送管6在所述连接管47、48之间延伸的部分中。
当然也可以使图1和图3-5所示的加热设备设有参照图6所说明类型的换热器46，该换热器布置在第一回路K1中，并连接在第二热泵的冷凝器3d和膨胀阀3f之间。
当然，本发明未以任何方式限制为上述的优选实施方式。相反，对于本领域技术人员明显的是，可以在不背离如所附权利要求书所限定的基本思想的情况下对本发明进行多种修改。
权利要求
1.一种加热设备，其包括包含第一介质的第一回路(K1)、包含第二介质的第二回路(K2)和热泵形式的第一生热装备(2)，在此将该第一生热装备称为第一热泵，该第一热泵布置在第一回路(K1)中，用于加热该第一回路(K1)中的第一介质，其特征在于，该加热设备还包括-包含第三介质的第三回路(K3)；-换热器(40)，在此将其称为第一换热器，该第一换热器布置在第三回路(K3)中并连接在第一热泵的冷凝器(2d)和膨胀阀(2f)之间，以从第一热泵的工作介质向第三回路(K3)中的第三介质传热；和-热泵形式的第二生热装备(3)，在此将其称为第二热泵，其布置成通过从第三回路(K3)中的第三介质吸收热能来加热第二回路(K2)中的第二介质。
2.根据权利要求1的加热设备，其特征在于，第二热泵(3)的输出侧与第二回路(K2)相连，从而第二回路(K2)中的第二介质和该热泵的冷凝器(3d)之间的热交换成为可能，并且第二热泵(3)的输入侧与第三回路(K3)相连，从而第三回路(K3)中的第三介质和该热泵的蒸发器(3c)之间的热交换成为可能。
3.根据权利要求2的加热设备，其特征在于，第二热泵的蒸发器(3c)与第一换热器(40)串联地布置在第三回路(K3)中。
4.根据前述权利要求中任一项的加热设备，其特征在于，该加热设备包括另一换热器(42)，在此将其称为第二换热器，该第二换热器与第一换热器(40)串联地布置在第三回路(K3)中，以从第三回路(K3)中的第三介质向第二回路(K2)中的第二介质传热。
5.根据权利要求4的加热设备，其特征在于，第二换热器(42)和第二热泵的蒸发器(3c)互相串联地布置在第三回路(K3)中。
6.根据权利要求4或5的加热设备，其特征在于，第二换热器(42)在第二热泵的冷凝器(3d)上游与第二回路(K2)相连。
7.根据前述权利要求中任一项的加热设备，其特征在于，该加热设备包括用于储存第三介质的储存器(44)，该储存器与第一换热器(40)串联地布置在第三回路(K3)中。
8.根据前述权利要求中任一项的加热设备，其特征在于，该加热设备包括另一换热器(45)，在此将其称为第三换热器，该第三换热器与第一换热器(40)串联地布置在第三回路(K3)中，以从第四介质例如环境空气向第三回路(K3)中的第三介质传热。
9.根据前述权利要求中任一项的加热设备，其特征在于，该加热设备包括另一换热器(21)，在此将其称为第四换热器，该第四换热器布置在第一回路(K1)中，以从第一回路(K1)中的第一介质向第二回路(K2)中的第二介质传热，或者从第二回路(K2)中的第二介质向第一回路(K1)中的第一介质传热。
10.根据前述权利要求中任一项的加热设备，其特征在于，第二热泵(3)与布置在第二回路(K2)中的用于储存第二介质的储存器(27)相连。
11.根据结合权利要求9的权利要求10的加热设备，其特征在于，第四换热器(21)也与布置在第二回路(K2)中的储存器(27)相连。
12.根据前述权利要求中任一项的加热设备，其特征在于，该加热设备包括另一换热器(46)，在此将其称为第五换热器，该第五换热器布置在第一回路(K1)中并连接在第二热泵的冷凝器(3d)和膨胀阀(3f)之间，以从第二热泵的工作介质向第一回路(K1)中的第一介质传热。
13.根据前述权利要求中任一项的加热设备，其特征在于，该加热设备包括例如加热锅炉形式的第三生热装备(4)，该第三生热装备布置在第一回路(K1)中，用于加热第一回路(K1)中的第一介质。
14.根据权利要求1-13中任一项的加热设备的使用，用来提供热的自来水，第二回路(K2)中的第二介质由被加热以提供所述热的自来水的水组成。
15.一种加热第二回路(K2)中的第二介质的方法，可借助于热泵形式的至少一个第一生热装备(2)来对第一回路(K1)中的第一介质进行生热，在此将该第一生热装备称为第一热泵，其特征在于，-借助于连接在第一热泵的冷凝器(2d)和膨胀阀(2f)之间的换热器(40)来进行从第一热泵(2)的工作介质向第三回路(K3)中的第三介质的传热，以及-借助于热泵形式的第二生热装备(3)通过从第三回路(K3)中的第三介质吸收热能来进行该第二回路(K2)中的第二介质的加热，在此将该第二生热装备称为第二热泵。
全文摘要
本发明涉及一种加热设备，该加热设备包括包含第一介质的第一回路(K1)、包含第二介质的第二回路(K2)、布置在第一回路(K1)中用于加热第一介质的第一热泵(2)、包含第三介质的第三回路(K3)、布置在第三回路(K3)中并连接在第一热泵的冷凝器(2d)和膨胀阀(2f)之间以从第一热泵的工作介质向第三回路(K3)中的第三介质传热的换热器(40)以及布置成通过从第三回路(K3)中的第三介质吸收热能来加热第二回路(K2)中的第二介质的第二热泵(3)。
文档编号F25B29/00GK101095015SQ200580045619
公开日2007年12月26日 申请日期2005年11月18日 优先权日2004年11月26日
发明者H-G·约兰松 申请人:第一近热工厂股份公司