CZ21724U1 - Zařízení pro ohřev média, zejména topné vody - Google Patents

Description

Zařízení pro ohřev média, zejména topné vody

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro ohřev média, zejména topné vody, zahrnujícího první tlakovou nádobu, částečně naplněnou teplosměnnou kapalinou, nad jejíž hladinou je vzduchová mezera a v teplosměnné kapalině je ponořena trubka ohřívaného média, která má jak vstup ohřívaného média tak i výstup ohřívaného média vyvedeny z první tlakové nádoby, přičemž do teplosměnné kapaliny zasahuje topné těleso.

Dosavadní stav techniky

Existuje řada známých zařízení pro ohřev topné vody, využívající k ohřevu všechny dostupné ¹⁰ typy energií.

Předmětem zveřejněné české přihlášky vynálezu CZ PV 1996-826 je elektrodový kotel pro ohřev kapaliny-vody pro ústřední topení, etážové topení, teplou užitkovou vodu a jiné ohřevy kapaliny, používající přímý ohřev kapaliny průchodem střídavého elektrického proudu mezi elektrodami, umístěnými v kapalině. Kotel je tvořen elektricky nevodivou nádobou, v níž jsou umístěny ve směru její podélné osy elektrody.

Zveřejněná česká přihláška vynálezu CZ PV 1991-1000 popisuje elektrickou akumulační jednotku s odnímatelným víkem s těsněním. Elektrická akumulační jednotka má velkoprostorovou hranatou nádrž, ve které je umístěn radiátorový registr s výhřevnou plochou. Voda v nádrži je ohřívána elektrickými topnými tělesy, umístěnými v trubkách. Vývod a přívod do radiátorového re20 gistru je připojen k teplovodnímu systému vytápění. Nádrž je naplněna tak, aby při zvětšeném objemu zahřáté vody nedošlo k jejímu přetékání. Na hladině vodní náplně je vrstva oleje.

Předmětem zveřejněné české přihlášky vynálezu CZ PV 1991-1826 je kotel pro ústřední topení a/nebo pro ohřev užitkové vody s hořákem na plynové palivo, se zařízením k jeho instalaci na síť ústředního topení a vodovodu. Kotel sestává z dlouplášťového topného tělesa, ve kterém cirku25 luje topné médium, ze spalovací komory s hořákem, pomocí kterého se ohřívá topné médium, a z trubkového výměníku ponořeného do topného média. Kotel obsahuje prvky ke zvyšování tepelné výměny ve spalovací komoře, které způsobují významný přirozený tah a velmi vysoký sloupec horkých plynových zplodin a dále pak prvky schopné zvyšovat tepelnou výměnu v trubkovém výměníku, které v závislosti na výhodné tepelné výměně na úrovni spalovací komory a účinném tahu způsobují snížení přívodního tlaku.

Česká přihláška vynálezu CZ PV 1995-3119 zveřejňuje beztlakový tepelný akumulátor s průtokovým ohřevem užitkové vody nebo topného média, který se skládá z akumulační nádoby, na jejímž povrchu je připevněna tepelná izolace a v horní Části akumulační nádoby je vstupní potrubí a ve spodní části výstupu potrubí pro akumulační médium. Akumulační nádoba je propojena propojovacím potrubím s otevřenou expanzní nádobou, na které je přepadové potrubí a uvnitř tlakové nádoby jsou elektrická ohřívací tělesa a tepelný výměník.

Zveřejněná mezinárodní přihláška WO 1997/011314 popisuje topné těleso, které sestává z nádržky s přípoji pro okruh topného média k protékání médiem pro přenos tepla. Nádržka k protékání médiem pro přenos tepla je tepelně vodivě spojena s alespoň jedním tepelným akumuláto40 rem, uspořádaným v topném tělese. Nádržka může být uspořádána v topném tělese alespoň částečně v další nádržce z teplovodivého materiálu, plnitelné fluidem akumulujícím teplo, přičemž obě nádržky nejsou pomocí fluida spojeny. Nádržka k protékání médiem pro přenos tepla může alespoň částečně přiléhat na pevné jádro tepelného akumulátoru.

Žádné z popisovaných zařízení nedokáže ohřívat topné médium dostatečně efektivně.

-1 CZ 21724 Ul

Podstata technického řešení

Uvedený problém řeší zařízení pro ohřev média, zejména topné vody, zahrnující první tlakovou nádobu, Částečně naplněnou teplosměnnou kapalinou, nad jejíž hladinou je vzduchová mezera a v teplosměnné kapalině je ponořena trubka ohřívaného média, která má jak vstup ohřívaného média tak i výstup ohřívaného média vyvedeny z první tlakové nádoby, přičemž do teplosměnné kapaliny zasahuje topné těleso, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že v teplosměnné kapalině v první tlakové nádobě je ponořená druhá tlaková nádoba, jejíž plášť má dvojité stěny a dutý meziprostor v plášti druhé tlakové nádoby je na spodní straně druhé tlakové nádoby opatřen alespoň jedním vstupním otvorem a na horní straně druhé tlakové nádoby alespoň jedním výstupním otvorem. Druhou tlakovou nádobou prochází vertikální kanál, utěsněný vůči vnitřnímu prostoru druhé tlakové nádoby a současně otevřený pro teplosměnnou kapalinu v první tlakové nádobě. Do vertikálního kanálu zasahuje topné těleso. Utěsněný vnitřní prostor druhé tlakové nádoby je naplněn médiem pro akumulaci tepla. Trubka ohřívaného média spirálovitě ovíjí druhou tlakovou nádobu. Do prostoru pod a nad druhou tlakovou nádobou jsou zaústěny konce bypassu.

Zařízení podle technického řešení ohřívá topnou vodu podstatně efektivněji, než známá zařízení.

Podle výhodného provedení prochází druhou tlakovou nádobou vertikální kanál, utěsněný vůči vnitřnímu prostoru druhé tlakové nádoby a současně otevřený pro teplosměnnou kapalinu v první tlakové nádobě a do vertikálního kanálu zasahuje topné těleso. Odborníkům je však jasné, že topné těleso pro ohřev teplosměnné kapaliny může být instalováno na zcela jiném místě a jiným způsobem.

Podle dalšího výhodného provedení jev bypassu zařazeno oběhové čerpadlo.

Pro zabezpečení optimální cirkulace je výhodné, když je součet ploch všech vstupních otvorů na spodní straně druhé tlakové nádoby větší než součet ploch všech výstupních otvorů na horní straně druhé tlakové nádoby.

Topné těleso může být tvořeno elektrickým odporovým topením, plynovým topením, případně jakýmkoliv jiným známým topením.

Podle výhodného provedení tvoří teplosměnnou kapalinu v první tlakové nádobě transformátorový olej, médiem pro akumulaci tepla ve vnitřním prostoru druhé tlakové nádoby je Šamot a ohřívaným médiem je topná voda pro ústřední vytápění.

Přehled obrázků na výkresech

Dva příklady provedení zařízení pro ohřev média, zejména topné vody, podle technického řešení jsou schematicky znázorněny na obr. 1 a obr. 2.

Příklady provedeni

Na obr. 1 je zobrazen první příklad provedení zařízení pro ohřev topné vody pro vytápění rodinného domku střední velikosti. Zařízení zahrnuje první tlakovou nádobu 1, zhotovenou z nerezového plechu a částečně naplněnou teplosměnnou kapalinou 14. V popisovaném příkladu provedení je kapalinou 14 transformátorový olej, ale odborníkům je jasné, že teplosměnnou kapalinou 14 může být jakákoliv kapalina, například voda, voda s přísadou nemrznoucí kapaliny apod.

Teplosměnná kapalina 14 se do první tlakové nádoby 1 napouští uzavíratelnou plnicí trubkou 10 a nad hladinou 21 teplosměnné kapaliny 14 je ponechána vzduchová mezera 12. Výška hladiny 21 je dána umístěním odpouštěcího ventilu 15 na boku první tlakové nádoby L

Na horní straně první tlakové nádoby I je dále uspořádán teploměr 8 pro měření teploty teplosménné kapaliny 14, bezpečnostní tlakový ventil 9 a tlakoměr 13.

-2CZ 21724 Ul

Na spodní straně první tlakové nádoby i je uspořádána uzavíratelná výpust pro možnost vypuštění tepíosmčnné kapaliny 14 v případě oprav.

V první tlakové nádobě 1 je v teplosměnné kapalině 14 ponořená druhá tlaková nádoba 2 z nerezového plechu, která je pomocí neznázoměných distančních ramen uložena v první tlakové nádobě i tak, aby teplosměnná kapalina 14 mohla druhou tlakovou nádobu 2 obtékat ze všech stran.

Plášť druhé tlakové nádoby 2 má dvojité stěny. Do dutého meziprostoru 22 ve stěnách pláště jsou na spodní straně druhé tlakové nádoby 2 zaústěny čtyři vstupní otvory 17, každý o průměru 40 mm a na horní straně druhé tlakové nádoby 2 je uspořádán jeden výstupní otvor 16 o průměru 40 mm, takže teplosměnná kapalina j_4 může dutým meziprostorem 22 v plášti druhé tlakové nádoby 2 protékat.

Počet i průměr vstupních otvorů 17 i výstupních otvorů 16 se může u různých provedení lišit, avšak jako optimální se ukazuje provedení, u něhož součet ploch všech vstupních otvorů Γ7 na spodní straně druhé tlakové nádoby 2 je větší než součet ploch všech výstupních otvorů 16 na horní straně druhé tlakové nádoby 2.

Vnitřní prostor 7 druhé tlakové nádoby 2 je vůči teplosměnné kapalině 14 utěsněn a je naplněn médiem pro akumulaci tepla. V zobrazeném provedení je médiem pro akumulaci tepla sypký šamot, který je do vnitřního prostoru 7 nasypán uzavíratelnou násypkou li, která je vyvedena na horní stranu první tlakové nádoby 1. Odborníkům je jasné, že jako médium pro akumulaci tepla je možno použít libovolné známé sypké nebo i tekuté médium, například transformátorový olej.

Středem druhé tlakové nádoby 2 prochází vertikální kanál 19, který je vůči vnitřnímu prostoru 7 druhé tlakové nádoby 2 utěsněný a současně je otevřený pro teplosměnné kapalinu 14 v první tlakové nádobě 1.

Do vertikálního kanálu 19 zasahuje topné těleso 18, které je v zobrazeném provedení tvořeno elektrickým odporovým topením o výkonu 7,5 kW. Je zřejmé, že jako topné těleso 18 lze použít libovolné známé topení, například plynové topení na propan-butan. Odborníkům je navíc také jasné, že topné těleso 16 pro ohřev teplosměnné kapaliny 14 může být instalováno na zcela jiném místě a jiným způsobem než v popsaném vertikálním kanálu 19. V neznázoměném provedení může například být topné těleso 18 uloženo ve vnitřním prostoru 7 druhé tlakové nádoby 2.

Kolem druhé tlakové nádoby 2 se spirálovitě vine trubka 6 ohřívaného média-topné vody, která má vstup 5 ohřívaného média a výstup 4 ohřívaného média vyvedený z první tlakové nádoby 1 pro napojení na přívodní a vratnou větev ústředního vytápění.

Do prostoru pod a nad druhou tlakovou nádobou 2 jsou zaústěny konce volně průchozí trubky, která tvoří tzv. bypass 3.

Před uvedením zařízení do provozu se nejprve neznázoměným ventilem natlakuje vzduch ve vzduchové mezeře 12 nad hladinou 2 na tlak cca 500 kPa (5 atm).

Po připojení topného tělesa 18 na zdroj elektrické energie začne topné těleso 18 ohřívat teplosměnnou kapalinu 14, která začne cirkulovat uvnitř první tlakové nádoby 1 a současně na spodní straně druhé tlakové nádoby 2 vstupuje vstupní otvory 17 do meziprostoru 22 mezi dvojitými stěnami plášť druhé tlakové nádoby 2 a na horní straně druhé tlakové nádoby 2 vystupuje výstupním otvorem 16.

Cirkulací v dutém meziprostoru 22 mezi dvojitými stěnami pláště druhé tlakové nádoby 2 teplosměnná kapalina Γ4 bez přímého kontaktu ohřívá médium pro akumulaci tepla - Šamot - ve vnitřním prostoru 7 druhé tlakové nádoby 2. Naakumulované teplo významně vylepšuje tepelnou bilanci zařízení.

Cirkulaci teplosměnné kapaliny 14 uvnitř první tlakové nádoby 1 podporuje bypass 3.

Pokud by z jakéhokoliv důvodu došlo ve vzduchové mezeře 12 nad hladinou 21 k nepřípustnému zvýšení tlaku, byl by tento tlak odpuštěn bezpečnostním tlakovým ventilem 9.

-3CZ 21724 Ul

VýSe popsaný příklad provedení zařízení pro ohřev topné vody podle obr. 1 vyžaduje, aby byla těsnost první tlakové nádoby 1 pravidelně kontrolována oprávněným servisem, což může být některými zákazníky vnímáno jako nevýhoda.

Proto existuje dalSí provedení zařízení pro ohřev topné vody, zobrazené na obr. 2, u kterého nejsou kontroly těsnosti první tlakové nádoby 1 povinné.

Zařízení pro ohřev topné vody podle obr. 2 se liší od provedení z obr. 1 v podstatě pouze tím, že v bypassu 3 je zařazeno oběhové čerpadlo 23.

Na rozdíl od provedení z obr. 1 se před uvedením do provozu nemusí uměle zvyšovat tlak vzduchu ve vzduchové mezeře 12 nad hladinou 2, protože cirkulaci teplosměnné kapaliny 14 uvnitř to první tlakové nádoby 1 podporuje oběhové čerpadlo 23 v bypassu 3 a nikoliv přetlak ve vzduchové mezeře 12 nad hladinou 2, jak je tomu u provedení z obr. 1. Jinak je funkce zařízení stejná jak bylo popsáno výše.

Provedení z obr. 2 tedy nevyžaduje pravidelné odborné revize tlakových nádob.

Claims (6)

15 1. Zařízení pro ohřev média, zejména topné vody, zahrnující první tlakovou nádobu (1), částečně naplněnou teplosměnnou kapalinou (14), nad jejíž hladinou (21) je vzduchová mezera (12) a v teplosměnné kapalině (14) je ponořena trubka (6) ohřívaného média, která má jak vstup (5) ohřívaného média tak i výstup (4) ohřívaného média vyvedeny z první tlakové nádoby (1), přičemž do teplosměnné kapaliny (14) zasahuje topné těleso (18), vyznačující se tím, že

20 v teplosměnné kapalině (14) v první tlakové nádobě (1) je ponořená druhá tlaková nádoba (2), jejíž plášť má dvojité stěny a dutý meziprostor (22) v plášti druhé tlakové nádoby (2) je na spodní straně druhé tlakové nádoby (2) opatřen alespoň jedním vstupním otvorem (17) a na horní straně druhé tlakové nádoby (2) alespoň jedním výstupním otvorem (16) a utěsněný vnitřní prostor (7) druhé tlakové nádoby (2) je naplněn médiem pro akumulaci tepla, přičemž trubka (6)

25 ohřívaného média spirálovitě ovíjí druhou tlakovou nádobu (2) a do prostoru pod a nad druhou tlakovou nádobou (2) jsou zaústěny konce bypassu (3),

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhou tlakovou nádobou (2) prochází vertikální kanál (19), utěsněný vůči vnitřnímu prostoru (7) drahé tlakové nádoby (2) a současně otevřený pro teplosměnnou kapalinu (14) v první tlakové nádobě (1) a do vertikálního

30 kanálu (19) zasahuje topné těleso (18).

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v bypassu (3) je zařazeno oběhové čerpadlo (23).

4. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků laá3, vyznačující se tím, že součet ploch všech vstupních otvorů (17) na spodní straně drahé tlakové nádoby (2) je větší než součet

35 ploch všech výstupních otvorů (16) na horní straně druhé tlakové nádoby (2).

5. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že topné těleso (18) je tvořeno elektrickým odporovým topením.

6. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že topné těleso (18) je tvořeno plynovým topením.

40 7. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků lažó, vyznačující se tím, že teplosměnnou kapalinou (14) v první tlakové nádobě (1) je transformátorový olej, médiem pro akumulaci tepla ve vnitřním prostora (7) drahé tlakové nádoby (2) je Šamot a ohřívaným médiem je topná voda pro ústřední vytápění.