Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká způsobu a zařízení pro řízení teploty horké vody z vodovodu, která je zahřívána na sekundární straně tepelného výměníku, přičemž je měřena teplota a průtok horké vody ve vodovodu a přičemž regulátor řídí nastavovací prostředek ovládající průtok na primární straně tepelného výměníku.

Dosavadní stav techniky

Takové zařízení je již známé z německé zveřejněné patentové přihlášky DE 4 206 074, která popisuje zařízení zahrnující na primární straně tepelného výměníku uzavřený cirkulační obvod včetně zásobní nádržky pro horkou vodu a oběhového čerpadla. Oběhové čerpadlo je řízeno regulátorem v odezvě na teplotní spád na tepelném výměníku na primární straně a také teplotní spád na tepelném výměníku na sekundární straně, přičemž je naprogramován tak, aby počítal množství energie, kterou tepelný výměník musí přenést za časovou jednotku. Dalším parametrem, který zde musí být uvažován, je průtok horké vody vodovodem, který je snímán prostřednictvím snímače průtoku v sekundárním obvodu. Pro takový výpočet je tudíž vyžadováno množství (alespoň čtyři) snímačů teploty a rovněž přidružená spojovací vedení k regulátoru. Dokonce i s tímto známým zařízením je ale obtížné dosáhnout dobré teplotní stability v případě silně se měnící spotřeby horké vodovodní vody.

Podobná uspořádání s tepelnými výměníky jsou rovněž užívána v sítích dálkového vytápění, ve kterých přívodní a zpětné linky sítě jsou spojeny s primární stranou tepelného výměníku společně s nastavovacím prostředkem pro regulaci průtoku komunální horké vody tepelným výměníkem.

V domech nebo podobně, ať již je zde pouze několik obytných jednotek nebo velké množství jednotek, se spotřeba horké vodovodní vody silně a relativně rychle mění v průběhu určitých časových period každý den. Když se mění průtok, bude snímač teploty snímat takovou změnu pouze s určitým zpožděním, když objem vody v sekundárním obvodu již odtekl pryč a byl nahrazen čerstvou vodou, která ještě nebyla zahřáta na požadovanou nastavenou teplotu. Následně zde vznikne značný spád teploty horké vodovodní vody předtím, než regulátor má možnost reagovat a řídit ventil regulující průtok v primárním obvodu tepelného výměníku.

Problémem, který vzniká při ohřevu horké vodovodní vody v tepelném výměníku, je tedy udržení teploty vody konstantní, když se její průtok silně mění. Jeden pokus o vyřešení tohoto problému je popsán v mezinárodní zveřejněné patentové přihlášce WO 86/06 459, kde sekundární obvod je spojen se směšovačem, ve kterém je horká voda, která již prošla tepelným výměníkem a již v něm byla ohřátá, míchána se studenou vodou (vodou, která ještě nebyla zahřívána), přičemž míchací poměr je řízen prostřednictvím termostatického ventilu. Takto mohou být umožněny velké změny průtoku, ale dynamická odezva bude nicméně přesto nedostatečná. Měření nastavení termostatu řídícího nastavovací prostředek primárního obvodu bude v principu způsobovat stejný problém, který byl diskutován výše, což je způsobeno skutečností, že stav termostatu je přímo závislý na teplotě vody protékající v sekundárním obvodu.

V ještě jiném známém zařízení, popisovaném ve švédském patentovém spisu SE 328 388, je voda spotřebitele ohřívána v tepelném výměníku, jehož primární strana je spojena se sítí dálkového vytápění. Zde bylo zvoleno vypustit termostatický ventil nebo odpovídající snímač teploty v obvodu spotřebované vody (horká vodovodní voda). Namísto toho je zde snímač průtoku, který přímo řídí ventil ve vedení spojeném se sítí dálkového vytápění. Změny v průtoku horké vodovodní vody budou způsobovat rychlou odezvu, ale absolutní teplota horké vodovodní vody není vůbec řízena a může se měnit s různými parametry, jako je teplota přicházející vody spotřebitele, teplota vody v síti dálkového vytápění a podobně.

Oproti tomuto dosavadnímu stavu techniky si předkládaný vynález klade za cíl vytvořit rychlejší 5 a spolehlivější řízení teploty horké vodovodní vody, která je zahřívána v tepelném výměníku, takže teplota této horké vodovodní vody může být udržována v podstatě konstantní s relativně malými změnami, dokonce i když se průtok mění rychle.

Podstata vynálezu

Podle předkládaného vynálezu je shora uvedeného cíle dosaženo prostřednictvím způsobu a řízení definovaných v nezávislých patentových nárocích 1 respektive 5. Podle vynálezu je tedy navržen způsob řízení teploty horké vody z vodovodu v budově mající množství vodovodů na 15 horkou vodu s kohoutky, tato vodovodní voda je zahřívána na sekundární straně tepelného výměníku, přičemž se měří teplota a průtok horké vodovodní vody a regulátor řídí nastavovací prostředek ovládající průtok na primární straně tepelného výměníku, přičemž podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že zahrnuje kroky snímání na sekundární straně tepelného výměníku teplotních změn horké vodovodní vody na výstupní straně tepelného výměníku a také okamžitých 20 relativních změn průtoku horké vodovodní vody, přičemž regulátor řídí nastavovací prostředek k odezvě na velikost těchto okamžitých snímaných změn, aby udržel předem stanovenou teplotní stabilitu horké vodovodní vody. Podle vynálezu je rovněž navrženo řídicí zařízení pro řízení teploty horké vody z vodovodu, ve kterém je uspořádán tepelný výměník pro přenos tepla z primárního obvodu, opatřeného nastavovacím prostředkem regulujícím průtok, do obvodu 25 horké vodovodní vody, sloužícího jako sekundární obvod, který je opatřen snímačem teploty, pro řízení nastavovacího prostředku přes regulátor pro udržení konstantní teploty horké vodovodní vody, přičemž podstata tohoto zařízení spočívá v tom, že v sekundárním obvodu pro horkou vodovodní vodu je upraven snímač průtoku, přičemž tento snímač průtoku je upraven pro snímání okamžitých relativních změn průtoku a pro řízení regulátoru v odezvě na tyto změny, 30 a že regulátor je spojen se snímačem teploty a je upraven pro řízení teplotními změnami snímanými snímačem teploty, který je umístěn v sekundárním obvodu na výstupní straně tepelného výměníku.

Výhodné provedení způsobu spočívá vtom, že signál snímače průtoku, odpovídající snímané 35 okamžité relativní změně průtoku, se přenáší ke snímači teploty snímajícímu teplotu horké vodovodní vody na výstupní straně tepelného výměníku, takže při zvýšeném průtoku horké vodovodní vody se odvodí signál snímače teploty, který odpovídá nižší teplotě než byla snímána, k regulátoru.

Další výhodné provedení spočívá v tom, že se rovněž snímá teplota vody na primární straně tepelného výměníku, přičemž tato teplota vody se rovněž použije pro řízení regulátoru a nastavovacího prostředku.

S výhodou se způsob provádí tak, že se rovněž snímá rozdílový tlak na primární straně tepelného 45 výměníku, přičemž tento rozdílový tlak se rovněž použije pro řízení regulátoru a nastavovacího prostředku.

Výhodné provedení zařízení spočívá v tom, že snímač průtoku je spojen se snímačem teploty.

Další výhodné provedení spočívá vtom, že v primárním obvodu na vstupní straně primární strany tepelného výměníku je umístěn další snímač teploty, přičemž tento snímač teploty je rovněž upraven pro řízení regulátoru.

S výhodou je v primárním okruhu mezi přívodní linkou a zpětnou linkou umístěn snímač rozdílo55 vého tlaku, přičemž tento snímač rozdílového tlaku je rovněž upraven pro řízení regulátoru.

-2CZ 291918 B6

Předkládaný vynález bude nyní podrobněji vysvětlen níže s odkazy na připojené výkresy ilustrující dvě příkladná provedení vynálezu.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 schematicky ilustruje řídicí zařízení v prvním provedení podle předkládaného vynálezu; a

Obr. 2 schematicky znázorňuje druhé provedení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn tepelný výměník 1, jehož primární strana je spojena se sítí dálkového vytápění s přívodní linkou 2 a zpětnou linkou 3. V přívodní lince 2 je nastavovací prostředek 4 resp. ventil, regulující průtok, který je řízen regulátorem 5 v odezvě na signál ze snímače 6 teploty, který je umístěn v sekundárním obvodu pro horkou vodovodní vodu tepelného výměníku

1. Tento sekundární obvod zahrnuje přívodní linku 2 pro spotřebovanou vodu a výstupní linku 8 pro ohřátou spotřebovávanou vodu, to jest horkou vodovodní vodu. Předpokládá se, že tato výstupní linka 8 je spojena s množstvím vodovodů 9 s kohoutky v budově (z nichž pouze jeden vodovod 9 s kohoutkem je znázorněn na obrázku). Stálý průtok tepelným výměníkem 1 je udržován prostřednictvím odbočené linky 10 opatřené oběhovým čerpadlem H·

Doposud popisovaný systém je v základu typu, který je již sám o sobě známý.

Podle předkládaného vynálezu je snímač 6 teploty umístěn ve výstupní lince 8, výhodně v blízkosti tepelného výměníku L a je upraven pro snímání okamžitých teplotních změn vody v této výstupní lince 8.

Navíc je v sekundárním obvodu vytvořen snímač 12 průtoku, výhodně v přívodní lince 7, tak, aby měřil relativní změny průtoku v daném, předem nastaveném rozsahu zatížení. Tento snímač 12 průtoku je rovněž spojen s regulátorem 5, který je upraven pro zařízení nastavovacího prostředku 4, resp. regulujícího průtok v primárním obvodu již předtím, než teplota ve výstupní lince 8 již klesla nebo stoupla po náhlém zvýšení nebo snížení průtoku horké vodovodní vody. Tím může být podstatně utlumen usazovací proces a teplota horké vodovodní vody může být udržována v podstatě konstantní nebo alespoň uvnitř úzkých hranic, dokonce i když se průtok horké vodovodní vody silně mění.

Po okamžité změně zatížení, která je snímána snímačem 12 průtoku a, s určitým zpožděním, snímačem 6 teploty, tedy nastavovací prostředek 4, resp. ventil, regulující průtok změní svojí polohu, primárně v odezvě na velikost relativní změny průtoku, ale rovněž s určitým přihlédnutím na termodynamické vlastnosti celého systému. Tato změna polohy nastavovacího prostředku 4 je tudíž určena algoritmem, který je upraven pro daný určitý systém. Tento algoritmus bude vypočítávat velikost změny polohy na základě změny v energetickém požadavku pro dodávanou neohřátou spotřebovávanou vodu s přihlédnutím na dynamické vlastnosti systému.

V systémech s velkými změnami teploty v přívodní lince 2 a/nebo tlakového rozdílu mezi přívodní linkou 2 a zpětnou linkou 3 může být pro automatickou úpravu algoritmu regulátoru 5 použito snímače 13 teploty a/nebo snímače 14 rozdílového tlaku.

Měření v obytných budovách prokázala, že průměrná spotřeba (v časové periodě 24 hodin) horké vodovodní vody tvoří přibližně 20 % špičkové spotřeby. Tato špičková spotřeba nastává v průběhu akumulované relativně krátké časové periody, přibližně 5 minut, špičky jsou velmi krátké

-3CZ 291918 B6 a změny průtoků jsou tudíž velmi silné. Bez ohledu na tuto skutečnost, je možné udržet teplotní stabilitu ± 2 °C s řídicím zařízením podle předkládaného vynálezu, dokonce i když je systém dimenzován na základě akumulované nebo průměrné spotřeby a ne špičkové spotřeby.

Předkládaný vynález tudíž umožňuje podstatnou úsporu investičních nákladů na systém a také zlepšenou teplotní stabilitu horké vodovodní vody díky jednoduché konstrukci a rychlé odezvě řídicího zařízení. V principu je postačující pouze jeden snímač 12 průtoku a pouze jeden snímač 6 teploty.

Na obr. 2 je znázorněno zjednodušené provedení, ve kterém stejné vztahové značky označují ekvivalentní prvky jako v provedení znázorněném na obr. 1. Jediným rozdílem je to, že snímač 12 průtoku, snímač 13 teploty a snímač 14 rozdílového tlaku jsou spojené se snímačem 6' teploty, který bude předávat korigovaný signál snímače 6' do regulátoru 5'. Při zvýšeném průtoku tento snímač 6' teploty odvodí signál odpovídající nižší teplotě, než je snímaná teplota. Takové provedení je obzvláště vhodné jako doplněk pro existující systémy proto, že pouze snímače 12, 13,14, 6', ale ne regulátor 5', musí být nahrazeny (nebo doplněny).

Osoby v oboru znalé mohou realizovat předkládaný vynález mnoha různými způsoby v rozsahu připojených patentových nároků. Například tepelný výměník 1 může sestávat z jednotky zahrnující dva nebo více tepelných výměníků J spojených vzájemně do série a/nebo paralelně.