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(11) | EP 0 131 691 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Anlage zur Warmwassererzeugung |
| (57) Die Erfindung betrifft ein warmwassererzeugendes System, welches einen wassergekühlten
Kompressor, einen Wärmeaustauscher, sowie dem wassergekühlten Kompressor angeschlossene
Wärmeaustauscher aufweist. Zur besseren Ausnutzung der Abwärme des Kompressors in
Verbindung mit einem elektrischen Nachtstromanschluß wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die mechanischen und elektrischen Vorrichtungen des Systems - den wassergekühlten
Kompressor, den Warmwasserspeicher und das Kühlsystem ausgenommen - auf einen gemeinsamen
Rahmen montiert in einem Container anzuordnen und auf diese Weise eine Einheit zu
schaffen, wobei die Warmwassererzeugung des wassergekühlten Kompressors und die des
elektrischen Wärmeaustauschers in Abhängigkeit von der konstanten Temperatur des Warmwasserbedarfes
automatisch in Reihe oder parallel geschaltet sind. |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Warmwasser erzeugendes System, welches einen wassergekühlten Kompressor, einen elektrischen Wärmeaustauscher, sowie dem wassergekühlten Kompressor angeschlossenen Wärmeaustauscher aufweist.
[0002] In den letzten Jahren wurde das Energieproblem überall auf der Welt immer grösser. Es ist ein allgemeines Ziel solche Lesungen zu finden, die Energie ersparen, bzw. die bisher in Verlust geratenen Abfallkräfte ausnützen. Diese Abfallkräfte entstehen im allgemeinen während des Betriebes der Produktionseinheiten, auf verschiedenem Temperaturniveau und in verschiedenen Vermittlungsmitteln.
[0003] In Ländern, wo ein bedeutender Teil der industriellen elektrischen Energie zur Herstellung von Druckluft benutzt wird, kann durch Umwandlung der Kompressionsarbeit in Wärme eine bedeutende Energiemenge erspart werden.
[0004] Ein anderes bedeutendes Energieersparungsgebiet ergibt sich, wenn die elektrische Nachtenergie in einem Wärmespeichersystem ausgenutzt wird. Dazu müssen aber das Basis- und das Verbrauchernetz zur Übertragung einer entsprechenden Leistung geeignet sein.
[0005] Bei dem Gewinnen des Wärmeinhaltes der Druckluft hat es sich herausgestellt, dass in den herkömmlichen Kopressorkühlwassersystemen die Austrittstemperatur des Kühlwassers auf das Doppelte erhöht werden und nahezu 100°C erreichen kann. Diese Temperaturdifferenz ermöglicht aber mit Hilfe von speziellen Wärmeaustauschern 80 % des Wärmeinhaltes des Kühlwassers zurückzugewinnen. Ein einheitliches System für die Verbindung der Rohre und Vorrichtungen hat sich aber nicht ausgebildet, sondern dieses System wurde jeweils den örtlichen umständen entsprechend mit örtlicher Montagearbeit dem bereits früher in Betrieb gesetzten Kompressor angebaut, wobei die Möglichkeiten des vorhandenen Gebäudes ausgenutzt wurden oder ein neuer Gebäudeteil errichtet wurde.
[0006] Die Erzeugung von Warmwasser mit Hilfe von elektrischer Nachtenergie wird in bekannter Weise in Warmwasserspeichern durchgeführt, die aber ein begrenztes Volumen von 50 - 200 Liter und eine begrenzte Leistung von 2 kw aufweisen.
[0007] Die Aufgabe der Erfindung ist ein Warmwasser erzeugendes System zustandezubringen, das die Ausnutzung der Abfallkräfte der Kompressoren mit der Verwendung der elektrischen Nachtenergie einigt und gleichzeitig eine schnelle Unterbringungsmöglichkeit sichert.
[0008] Dies wird erfindungsgemäss mit einem Warmwasser erzeugenden System gelöst, bei welchem die mechanischen und elektrischen Vorrichtungen des Systems - den wassergekühlten Kompressor, den Warmwasserspeicher und das Kühlsystem ausgenommen - auf einen gemeinsamen Rahmen montiert in einem Kontainer angebracht sind und auf diese Weise eine Einheit bilden, wobei die Warmwassererzeugung des wassergekühlten Kompressors und die des elektrischen Wärmeaustauschers in Abhängigkeit von der konstanten Temperatur des Warmwasserbedarfes automatisch in Reihe oder parallel.geschaltet sind.
[0009] Zweckmässig ist der Wasseraustrittsstutzen des wassergekühlten Kompressors dem Eintrittstutzen eines ersten Wärmeaustauschers angeschlossen, dessen Austrittsstutzen entweder zu dem Warmwasserspeicher oder zu dem Warmwasserverbraucher führt, der erste Wärmeaustauscher ist mit einem zweiten Wärmeaustauscher verbunden, dessen Austrittsstutzen in ein Kühlsystem führt, wobei der zweite Wärmeaustauscher über den Nachkühler der Druckluft in den Kompressor zurückgeführt ist und der elektrische Wärmeaustauscher an die aus dem Austrittsstutzen des ersten Wärmeaustauschers ausgehende Leitung - vor der Abzweigung des Warmwasserspeichers - angeschlossen ist und sämtliche Wärmeaustauscher in Abhängigkeit von der konstanten Temperatur des Warmwasserbedarfes automatisch gesteuert sind.
[0010] Vorteilhaft ist die Temperatur des erzeugten Warmwassers von dem Betrieb des Kompressors /bzw. der Kompressoren/ unabhängig konstant.
[0011] Die Vorteile des erfindungsgemassen Systems sind die folgenden:
- Es kann in einer Werkstatt auch in grosser Serie hergestellt werden.
- Der Einbau in einen Kontainer macht den Transport einfach und sicher.
- Der Kontainer kann auf eine ebene Fläche oder auf Betonklotzen einfach aufgestellt werden.
- Das im Kontainer eingebaute System kann nach Anschliessen der Rohranschlüsse und elektrischen Kabelanschlüsse sofort in Betrieb gesetzt werden.
- Die sanitärtechnischen Vorrichtungen beanspruchen kein separates Gebäude.
- Das Kühlwassersystem eines Kompressors oder einer Kompressorenanlage wird vollkommen geschlossen, so dass sich in den Kompressoren kein Wasserstein bildet und kein Zusatzwasserbedarf auftritt.
- Aus dem Kühlwasser wird durch Wärmerückgewinnung eine Abwärme nutzbar gemacht, deren Wärmeinhalt früher in die Abwasserleitung oder in die Athmosphäre geführt wurde. Das so gewonnene Warmwasser kann vor allem als Verbrauchswarmwasser, doch mit einem Wirkungsgrad, der schlechter ist als 80 %, auch für Heizzwecke angewendet werden.
- Durch Verwendung der elektrischen Nachtenergie kann das Verbrauchswarmwasser in grossen Mengen auch für Industrieanlagen hergestellt werden.
- Der Wärmeaustauscher ist derart ausgebildet, dass er mit minimalem Energieverbrauch den Frostschutz der ganzen Vorrichtung und der daran angeschlossenen Kompressoren im Betriebstillstand sichert, wodurch die Vorbereitungen der Inbetriebsetzung wegbleiben, da die Kompressoren und das Rekuperationssystem sofort betriebsfähig sind.
[0013] Die Zeichnung stellt ein Schaltschema des erfindungsgemässen Warmwasser erzeugenden Systems dar.
[0014] Ausserhalb eines Kontainers 1 - der in der Zeichnung schematisch mit'gestrichelter Linie dargestellt ist - sind ein wassergekühlter Kompressor 2, ein Warmwasserspeicher 3 und ein Kühlsystem 4 angeordnet. Der Kompressor 2 ist durch eine Leitung 5 mit einem ersten Wärmeaustauscher 6 verbunden. Der anderen Seite des Wärmeaustauschers 6 ist eine Pumpe 7 angeschlossen, die mit Hilfe einer Leitung 8 an das Wassernetz 9 angeschlossen ist. Der Wärmeaustauscher 6 ist mit Hilfe einer Leitung 10 mit einem zweiten Wärmeaustauscher 11 in Reihe geschaltet. Die andere Seite des Wärmeaustauschers 11 ist durch eine Leitung 13 mit dem Wasserbecken 12 des Kühlsystems 4 verbunden. In die Leitung 13 ist eine Pumpe 14 eingebaut. Von dem Wärmeaustauscher 11 führt eine Leitung 15 in den Wasserbecken 12. Das Abkühlen des Kühlsystems 4 wird durch einen Kühlturm 16 gesichert.
[0015] Aus dem zweiten Wärmeaustauscher 11 führt eine Leitung 17 zurück in den Kompressor 2, wobei ein Nachkühler 18 zwischengeschaltet ist. In den Nachkühler 18 gelangt die Druckluft von dem Kompressor 2 durch eine Leitung 19. Die Druckluft entfernt sich aus dem Nachkühler 18 durch eine Leitung 20.
[0017] Zwischen den Leitungen 8 und 21, vor dem Warmwasserspeicher 3, ist ein elektrischer Wärmeaustauscher 22 eingeschaltet.
[0018] Samtliche Wärmeaustauscher 6, 11 und 22 sind mit Hilfe der Regler 23 und 24 automatisch betätigt. Der Regler 24 betätigt das Ventil 25.
[0019] Das erfindungsgemässe Warmasser erzeugende System arbeitet wie folgt:
Der mit einem Elektromotor betriebene wassergekühlte Kompressor 2 nimmt im Auffüllbetrieb elektrische Energie aus den Netz auf. Das aus dem Kompressor 2 durch die Leitung 5 austretende Wasser gelangt auf einer Temperatur von ungefähr 90°C in den ersten Wärmeaustauscher 6. Von dort fliesst das Wasser durch die Leitung 21 auf einer Temperatur von ungefähr 45°C zu den Verbrauchern. Auf der anderen Seite des ersten Wärmeaustauschers 6 zirkuliert die Pumpe 7 das von dem Wassernetz 9 durch die Leitung 8 ankommende Kaltwasser. Das aus dem ersten Wärmeaustauscher 6 austretende Wasser mit einer Temperatur von 45°C gelangt durch die Leitung 10 in den zweiten Wärmeaustauscher 11, von wo das Wasser mit einer Temperatur von ungefähr 35°C durch die Leitung 17 in den Kompressor 2 zurückgelangt. Das Abkühlen des Wassers in dem Wärmeaustauscher 11 wird durch das aus dem Wasserbecken 12 des Kühlsystems 4 durch die Leitung 13 mit Hilfe der Pumpe 14 zirkulierte Kühlwasser durchgeführt. Das aus dem zweiten Wärmeaustauscher 11 ausfliessende Wasser gelangt durch die Leitung 15 in das Wasserbecken 12 zurück.
[0020] Die in die Leitung 17 eingebaute Pumpe 26 zirkuliert durch den Nachkühler 18 und durch die Kühlrohre des Kompressors 2 - in Abhängigkeit von der Lage des in diese Leitung 17 eingebauten, durch den Regler 24 betätigten Ventils 25 - die zu der Austrittstemperatur von 90°C des durch die Leitung 5 austretenden Wassers gehörende Wassermenge. Falls in dem Wärmeaustauscher 6 keine Wärmeübertragung zustandekommt, wird das Abkühlen der ganzen Wassermenge des Kompressors durch den Wärmeaustauscher 11 verwirklicht.
[0021] Der elektrische Wärmeaustauscher 22 tritt dann in Betrieb, wenn die Temperatur des durch die Leitung 21 zu dem Verbraucher fliessenden Wassers nicht die gewünschte Temperatur erreicht.
[0022] Das Volumen des an das äussere Netz angeschlossenen Warmwasserspeichers 3 und die Fördermenge der Pumpen 7, 14, 26 und 27 werden derart bestimmt, bzw. passen sich derart der periodischen Warmwasserentnahme an, dass der erste Wärmeaustauscher 6 immer kaltes Wasser aus dem Netz bekommt.
[0023] In der Nacht schaltet sich - von dem Betrieb des Kompressors 2 unabhängig oder mit diesem parallel - der elektrische Wärmeaustauscher 22 ein, der die zum Leistungsgebiet gehörende Warmwassermenge erzeugt.
[0024] Das Warmwasser erzeugende System schliesst sich an den folgenden Punkten dem Kontainer an:
I. Eintrittspunkt des Kühlwassers aus dem Kompressor,
II. Austrittspunkt des Verbrauchswarmwassers,
III. Eintrittspunkt des Kaltwassers aus dem Netz,
IV. Eintrittspunkt des Kaltwassers in den Kompressor,
V. Eintrittspunkt der Druckluft,
VI. Austrittspunkt der Druckluft,
VII. Eintrittspunkt des Kühlwassers des Wärmeaustauschers,
VIII. Austrittspunkt des Kühlwassers des Wärmeaustauschers.