CZ20004420A3

CZ20004420A3 - Zařízení pro ohřev nepitné vody

Info

Publication number: CZ20004420A3
Application number: CZ20004420A
Authority: CZ
Inventors: Bjorn Kim Steenberg
Original assignee: Danfoss A/S
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2002-01-16
Also published as: BG104990A; EP1093559A1; PL344744A1; DE19824034A1; WO1999063278A1; DE19824034C2; PL192096B1; AU3810599A; EA200001239A1

Description

ZAŘÍZENI PRO OHŘEV NEPITNÉ VODY

Oblast techniky

Předložený vynález se týká zařízení pro ohřev nepitné vody s vřazeným výměníkem tepla, jehož primární část je napájená teplo předávajícím médiem prostřednictvím dopředného potrubí a zpětného potrubí, a jehož sekundární část je vybavená jednak potrubím sekundárního okruhu, které obsahuje alespoň jednu odběrovou přípojku pro odebírání ohřáté nepitné vody, oběhové čerpadlo, a napájecí přípojku studené vody, a jednak ovládací jednotkou, která obsahuje první snímač teploty, uspořádaný v počátečním úseku potrubí sekundárního okruhu, a regulační prostředky pro ovládání průtokového množství teplo předávajícího média, uspořádané v primárním okruhu a ovlivňované působením snímače teploty.

Dosavadní stav techniky

V ohřívacím zařízení tohoto typu, známém ze stavu techniky (viz DE 38 09 893 C2), je primární část výměníku tepla připojená k systému dálkového rozvodu tepla, a opatřená regulačním ventilem, který je vřazený do zpětného potrubí primárního okruhu. Snímač teploty, který je uspořádaný na výstupní straně výměníku tepla v sekundárním okruhu, působí na činnost regulačního ventilu a slouží k udržování teploty nepitné vody na předem nastavené hodnotě. Nicméně, dosahovaná teplota nepitné vody kolísá ve značně velkém rozsahu. Příliš teplá voda, stejně tak jako příliš

81071 (81071a) studená voda je, zejména v domovních sprchových instalacích, nepříjemná a považuje se za nežádoucí.

’ · 0 ♦ «

00 «

I · · 0

Podstata vynálezu

Předložený vynález je založený na řešení problému týkajícího se vytvoření zařízení pro ohřev nepitné vody, které je schopné zajistit udržování kolísání teploty nepitné vody v co možná nejmenším rozsahu.

Uvedený problém je podle předloženého vynálezu vyřešený upravením druhého snímače teploty, působícího na regulační prostředky, který je uspořádaný v koncovém úseku potrubí sekundárního okruhu ve směru proudu za napájecí přípojkou studené vody.

Druhý snímač teploty detekuje pokles teploty vody, ke kterému dochází na počátku operace odebírání vody v úseku nacházejícím se ve směru proudu za napájecí přípojkou studené vody, avšak ještě před tím, než studená voda vstupuje do výměníku tepla. Za tohoto stavu je možné množství teplo předávajícího média přiváděného do primární části výměníku tepla zvýšit mnohem dříve než ve stávajících zařízeních, v důsledku čehož je zabráněno příliš velkému ochlazení nepitné vody nacházející se v potrubí sekundárního okruhu. Stejně tak dochází o něco dříve k detekování ukončení operace odebírání, takže je, redukce množství tepla přiváděného do výměníku tepla, zabráněno ohřátí nepitné vody na příliš vysokou teplotu.

prostřednictvím primární části

Je obzvlášť výhodné, jestliže je druhý snímač umístěný

81071 (81071a) v podstatné vzdálenosti od vstupu výměníku tepla. Tato vzdálenost zajišťuje vytvoření odpovídajících vyrovnávacích tolerancí s ohledem na skutečnost, že výměník tepla vykazuje schopnost akumulovat teplo, což ve svém důsledku způsobuje, že přechod z jednoho ustáleného rovnovážného stavu do jiného ustáleného rovnovážného stavu vyžaduje určitý časový interval. Kolísání teploty nepitné vody může být takto udržováno dokonce v menším rozsahu.

Obzvlášť specifickou výhodou je zajištění vzdálenosti takové velikosti, při které je tepelná energie potřebná pro ohřev příslušného množství studené vody nacházejícího se na konci operace odebírání v úseku potrubí sekundárního okruhu mezi druhým snímačem teploty a vstupem výměníku tepla v podstatě stejná jako velikost nadbytku energie odpovídajícího stavu, při kterém se žádné odebírání vody neuskutečňuje. Toto opatření výslovně dovoluje udržování teploty nepitné vody na do značné míry v podstatě konstantní hodnotě.

Kromě toho je účelné, jestliže je objemová kapacita úseku potrubí sekundárního okruhu mezi napájecí přípojkou studené vody a vstupem výměníku tepla přibližně stejně velká jako objemová kapacita sekundární části výměníku tepla. Toto opatření je rovněž tak jednou z příčin, které podporují udržování teploty nepitné vody na konstantní hodnotě za stavu po ukončení operace odebírání vody.

Druhý snímač teploty je s výhodnou uspořádaný v blízkosti napájecí přípojky studené vody. Tato vzdálenost se může pohybovat například v rozmezí 2 až 20 % délky úseku potrubí sekundárního okruhu mezi napájecí přípojkou studené vody a vstupem výměníku tepla. Při tomto uspořádání, to je

81071 (81071a) . · · · * ·· ·· · · · · — 4 “ · ·· * » ···>

• 999 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

9999 99 999 999 99 99 při pevně stanovené lokalizaci polohy napájecí přípojky studené vody vzhledem k výměníku tepla, může být počátek a konec operace odebírání vody detekován v nejdříve možném okamžiku.

Úsek potrubí sekundárního okruhu mezi napájecí přípojkou studené vody a/nebo druhým snímačem teploty a vstupem výměníku tepla je s výhodou dlouhý 3 až 4 metry. Uvedené hodnoty jsou charakteristické zejména pro domovní odběrové přípojky. Dokonce i v případech, ve kterých mohou být pro různé vodovodní systému výhodné jiné než právě uvedené délky, je přesto podstatným záměrem a cílem realizovat tento úsek potrubí tak, že vykazuje poměrně velké délky, tj. délky větší než 1 metr.

Další výhoda navrhovaného zařízení je docílena uspořádáním třetího snímače teploty, působícího na regulační prostředky, na zpětném potrubí primárního okruhu. Prostřednictvím tohoto třetího snímače teploty je možné regulovat teplotu ve zpětném potrubí primárního okruhu a tudíž i množství tepla přiváděného do výměníku tepla, což ve svém důsledku zabraňuje, aby nedocházelo k ohřevu nepitné vody na příliš vysokou teplotu.

Použitými regulačními prostředky je s výhodou motorem poháněný regulační ventil. Regulační ventil tohoto typu umožňuje dostatečně rychle a v poměrně širokém rozsahu měnit průtokové množství teplo předávajícího média.

Je rovněž tak výhodné, jestliže je v úseku potrubí sekundárního okruhu mezi posledně uspořádanou odběrovou přípojkou a napájecí přípojkou studené vody upravený zpětný ventil, uzavírající ve směru proudu na straně oběhového

81071 (81071a)

čerpadla. Tento zpětný ventil zajišťuje jednak příslušný směr průtoku cirkulujícího média, a zároveň odpovídající provozní režim ovládací jednotky.

Je dále výhodné, jestliže použitými snímači teploty jsou elektronické odporové snímače a jestliže se jako ovládací jednotka použije elektronický regulátor. Tyto snímače teploty mohou být k ovládací jednotce připojené tak, že na regulační prostředky působí předem stanoveným zatížením.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím jeho konkrétních přednostních příkladných provedení, znázorněných v připojené výkresové dokumentaci, ve které jediný obr. představuje schéma zapojení zařízení pro ohřev nepitné vody podle předloženého vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Výměník 1_ tepla, sestávající z primární části 2 a sekundární části 6, je svou primární částí 2, prostřednictvím dopředného potrubí 3 a zpětného potrubí 4 primárního okruhu, připojený ke zdroji 5 tepla, zejména k systému dálkového rozvodu tepla. Sekundární část 6 tohoto výměníku 1_ tepla je opatřená výstupem 7 a vstupem 8, které jsou navzájem propojené potrubím 9 sekundárního okruhu. Potrubí 9 sekundárního okruhu postupně, ve směru od výstupu 7 tepelného výměníku k jeho vstupu 8, zahrnuje počáteční úsek 10, odběrový úsek 11, ve kterém je uspořádáno

81071 (81071a)

několik odběrových přípojek 12, oběhové čerpadlo 13, zpětný ventil 14, uzavírající ve směru proudu na straně uvedeného oběhového čerpadla, napájecí přípojku 15 studené vody, skrze kterou se při každém odebírání vody přivádí do potrubí 9 sekundárního okruhu studená voda z přívodního potrubí 16 studené vody, a koncový úsek 17.

K ovládací jednotce 19, která je vybavená nastavovacím členem 18 požadované hodnoty, je připojený první snímač 20 v počátečním úseku 10 potrubí 9 druhý snímač 21 teploty, uspořádaný teploty, uspořádaný sekundárního okruhu, v koncovém úseku 17 potrubí 9 sekundárního okruhu, a třetí snímač 22 teploty, uspořádaný primárního okruhu výměníku tepla, teplotních signálů tato ovládací jednotka řízené ovládá regulační prostředky 23 ve tvaru motorem poháněného regulačního ventilu, které slouží pro určování množství teplo předávajícího média v primárním okruhu, protékajícího skrze výměník 1_ tepla. Shora popsané uspořádání tvoří jako celek regulační obvod, jehož funkcí je udržování teploty nepitné vody na požadované hodnotě.

na zpětném potrubí 4 Na základě přijímaných

První snímač 20 teploty detekuje teplotu nepitné vody vystupující z výměníku _1 tepla, přičemž tato teplota zůstává až do okamžiku odebírání vody při aktivaci některé z odběrových přípojek v odpovídajících mezích konstantní.

Druhý snímač 21 teploty je účelně uspořádaný v koncovém úseku 17 tak, že k detekování přimíchávání studené vody, k jehož aktivaci dochází při započetí odebírání vody, dochází ještě před tím, než tato studená voda vstupuje do výměníku 1 tepla, což ve svém důsledku umožňuje odpovídající aktivaci regulačních prostředků 23, která bude popsána dále.

81071 (81071a)

Kromě toho musí být druhý snímač 21 umístěný v určité vzdálenosti a od vstupu 8 výměníku tepla (která odpovídá konkrétní délce potrubí sekundárního okruhu) tak, že k detekování přítomnosti studené vody při započetí odběru vody, nebo při přerušení dodávky studené vody nastávajícím při ukončení odběru vody, dochází v určitém časovém předstihu před tím, než dochází ke změně teploty vody ve výměníku 1_ tepla, v důsledku čehož se alespoň částečně kompenzují časové prodlevy způsobované akumulací tepla ve výměníku 1_ tepla. Zmiňovaná vzdálenost a je ve většině případů poměrně velká, a může charakteristicky dosahovat velikost 3 nebo 4 metry, eventuálně se její velikost může pohybovat v rozmezí od 1 do 5 metrů. Signály druhého snímače 21 teploty se v ovládací jednotce 19 v odpovídajícím konkrétním poměru superponují na signály prvního snímače 20 teploty, které pak slouží k dodatečnému působení na regulační prostředky 23. Vzdálenost a musí vykazovat přiměřeně dostatečnou velikost především z důvodu zajištění tepelné energie potřebné pro ohřev příslušného množství studené vody nacházející se na konci operace odebírání v úseku potrubí 9 sekundárního okruhu mezi druhým snímačem 21 teploty a vstupem 8 výměníku tepla, jejíž velikost je v podstatě stejná jako velikost nadbytku energie, který je právě v tomto okamžiku k dispozici ve výměníku 1_ tepla, a který odpovídá stavu, ve kterém se neuskutečňuje žádné odebírání vody. Tento nadbytek energie je zajištěný konstrukčním provedením výměníku _1 tepla z hlediska sdílení tepla a množstvím teplo předávajícího média nacházejícího se v primárním okruhu.

Třetí snímač 22 teploty slouží k nastavování horní mezní hodnoty teploty ve zpětném potrubí primárního okruhu tak, aby nemohlo docházet k nadměrnému ohřevu vody.

81071 (81071a)

·· • · • 00 • · · 0 0 0 0 ·0

Podobně je ve srovnatelně velké vzdálenosti od vstupu 8 výměníku tepla umístěná napájecí přípojka 15 studené vody. Objemová kapacita úseku průtokového potrubí 9 sekundárního okruhu mezi napájecí přípojkou 15 studené vody a vstupem 8 výměníku tepla by měla být přibližně stejně velká jako objemová kapacita sekundární části 6 výměníku 1_ tepla. Tato skutečnost zajišťuje, že veškeré množství nepitné vody nacházející se ve výměníku 1 tepla bude na konci operace odebírání převedeno do potrubí sekundárního okruhu a nahrazeno odpovídajícím množstvím nově přiváděné nepitné vody, která dosud obsahuje studenou vodu.

Souhrnně řečeno, navrhované zařízení slouží k zabraňování jednak příliš nadměrného ochlazování nepitné vody na počátku operace odebírání a jednak příliš nadměrného ohřevu nepitné vody na konci operace odebírání.

Zastupuj e:

Dr. Miloš Všetečka v.r.

81071 (81071a) ·

JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Háikova 2

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro ohřev nepitné vody s vřazeným výměníkem (1) tepla, jehož primární část (2) je napájená teplo předávajícím médiem prostřednictvím dopředného potrubí (3) a zpětného potrubí (4), a jehož sekundární část (6) je vybavená jednak potrubím (9) sekundárního okruhu, které obsahuje alespoň jednu odběrovou přípojku (12) pro odebírání ohřáté nepitné vody, oběhové čerpadlo (13), a napájecí přípojku (15) studené vody, a jednak ovládací jednotkou (19), která obsahuje první snímač (20) teploty, uspořádaný v počátečním úseku (10) potrubí (9) sekundárního okruhu, a regulační prostředky (23) pro ovládání průtokového množství teplo předávajícího média, uspořádané v primárním okruhu a ovlivňované působením snímače (22) teploty, vyznačující se tím, že druhý snímač (21) teploty, působící na regulační prostředky (23), je uspořádaný v koncovém úseku (17) potrubí (9) sekundárního okruhu ve směru proudu za napájecí přípojkou (15) studené vody.
2. Zařízení pro ohřev nepitné vody podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhý snímač (21) teploty je umístěný v podstatné vzdálenosti (a) od vstupu (8) výměníku tepla.
3. Zařízení pro ohřev nepitné vody podle nároku 2, vyznačující se tím, že velikost vzdálenosti (a) je taková, že tepelná energie, potřebná pro ohřev příslušného množství studené vody nacházející se na konci operace odebírání v úseku potrubí (9) sekundárního okruhu mezi druhým snímačem (21) teploty a vstupem (8) výměníku tepla,

16 81071 (81071a) je v podstatě stejná jako velikost nadbytku energie odpovídajícího stavu, při kterém se žádné odebírání vody neuskutečňuj e.
4. Zařízení pro ohřev nepitné vody podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že objemová kapacita úseku potrubí (9) sekundárního okruhu mezi napájecí přípojkou (15) studené vody a vstupem (8) výměníku tepla je přibližně stejně velká jako objemová kapacita sekundární části (6) výměníku tepla.
5. Zařízení pro ohřev nepitné z nároků 1 až 4, vyznačující snímač (21) teploty je uspořádaný přípojky (15) studené vody.

vody podle se tím, v blízkosti některého že druhý napáj ecí
6.

z nároků potrubí studené vstupem

Zařízení pro ohřev nepitné vody podle některého 1 až 5, vyznačující se tím, že úsek (9) sekundárního okruhu mezi napájecí přípojkou (15) vody a/nebo druhým snímačem (21) teploty a (8) výměníku tepla je dlouhý 3 až 4 metry.
7. Zařízení pro ohřev nepitné vody podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že třetí snímač (22) teploty, působící na regulační prostředky (23), je uspořádaný na zpětném potrubí primárního okruhu.
8. Zařízení pro ohřev nepitné vody podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že použitými regulačními prostředky (23) je motorem poháněný regulační ventil.
9.

Zařízení pro ohřev nepitné vody podle některého

16 81071 (81071a) z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že v úseku potrubí (9) sekundárního okruhu mezi posledně uspořádanou odběrovou přípojkou (12) a napájecí přípojkou (15) studené vody je upravený zpětný ventil (14) uzavírající ve směru proudu na straně oběhového čerpadla (13).
10. Zařízení pro ohřev nepitné vody podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že použitými snímači (20, 21, 22) teploty jsou elektronické odporové snímače, a že jako ovládací jednotka (19) se použije elektronický regulátor.