CZ305058B6 - Způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody - Google Patents
Způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305058B6 CZ305058B6 CZ2013-696A CZ2013696A CZ305058B6 CZ 305058 B6 CZ305058 B6 CZ 305058B6 CZ 2013696 A CZ2013696 A CZ 2013696A CZ 305058 B6 CZ305058 B6 CZ 305058B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- heating medium
- flow
- water
- heat
- consumer water
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 55
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000013517 stratification Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 210000000664 rectum Anatomy 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Při provádění způsobu řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje (1) tepla s akumulační nádrží (2) a turbínovým čerpadlem (4) do okruhu ohřívané spotřební vody, napojeného na tlakový přívod (5) a obsahujícího ventil (6) pro řízení průtoku spotřební vody, topné médium a spotřební voda procházejí výměníkem (3) tepla a kinetická energie protékající spotřební vody se turbínovým čerpadlem (4), sestávajícím ze dvou hydraulicky oddělených turbín (4a, 4b) s protisměrným průtokem topného média a spotřební vody, navzájem spojených mechanickou nebo silovou vazbou, přenáší do pohybu topného média. Poměr (Q2)/(Q1) velikosti průtoku (Q2) topného média a průtoku (Q1) spotřební vody, kde průtok (Q2) je přímo úměrný měnícímu se průtoku (Q1) spotřební vody, se pro předem stanovený rozsah průtoku (Q1) spotřební vody a pro dané čerpadlo (4) udržuje konstantní. Pro samovolnou stratifikaci topného média ve výměníku (3) tepla je v případě nulového průtoku (Q1) spotřební vody průtok (Q2) topného média nenulový.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody, kde turbínové čerpadlo sestává ze dvou hydraulicky oddělených turbín.
Dosavadní stav techniky
V současné době jsou pro ohřev teplé vody používány akumulační nádrže, jejichž kapacita je dimenzována podle typu zdroje tepla a charakteru spotřeby. Tyto zásobníky jsou vytápěny externím zdrojem (teplárna, kotel, tepelné čerpadlo, solární systém) nebo jejich kombinací na požadovanou teplotu. Médiem, přenášejícím teplo do akumulační nádrže, je topná voda, která kvalitativně nesplňuje požadavky na teplou vodu pro domácnosti. Proto se pro přenos tepla ze zásobníku do spotřební vody používá tepelných výměníků, což s sebou přináší nutnost přitápět zásobníky na vyšší teplotu. Tím je nepříznivě ovlivněna efektivita ohřevu vody a jsou kladeny vyšší nároky na zdroje tepla.
Nej častěji jsou používány dva systémy pro výměnu tepla mezi topnou a spotřební vodou, s jednostranným prouděním a oboustranným prouděním.
V případě jednostranného proudění jsou dvě možné varianty:
a) Zásobník teplé vody je naplněn a ohříván topnou vodou (uzavřený okruh). V zásobníku je umístěn trubkový výměník, kterým proudí ohřívaná spotřební voda (otevřený okruh).
b) Zásobník teplé vody je naplněn spotřební vodou (otevřený okruh). V zásobníku je umístěn trubkový výměník, kterým proudí topná voda (uzavřený okruh), ohřívající spotřební vodu.
Výhodou tohoto uspořádání je konstrukční jednoduchost. Nevýhodou je potřeba velké teplosměnné plochy (jelikož v zásobníku není dostatečné proudění, voda pouze samovolně stratífikuje) a/nebo potřeba velkého teplotního spádu mezi topnou a spotřební vodou. Zvyšování plochy trubkového výměníku je neekonomické a v praxi kvůli rozměrům akumulační nádrže mnohdy obtížně proveditelné. Zvyšování teplotního spádu zatěžuje zdroje tepla a při použití některých z nich (např. tepelných čerpadel a solárních systémů) velmi významně klesá i s malým navýšením teplotního spádu jejich účinnost, v horším případě pak použitelnost vůbec.
V případě oboustranného proudění je topná voda ze zásobníku vedena pomocným čerpadlem přes primární stranu výměníku tepla (typicky deskového) a vracena zpět do zásobníku. Sekundární stranou výměníku je přes průtokoměr protisměrně vedena spotřební voda. Průtok spotřební vody je snímám průtokoměrem a následně je podle něj řízeno pomocné čerpadlo tak, aby byl průtok oběma stranami výměníku v takovém poměru, kdy dochází k optimálnímu přenosu tepla z přimámí na sekundární stranu výměníku.
Výhodou tohoto uspořádání je minimalizace teplosměnné plochy výměníku a/nebo teplotního spádu mezi topnou a spotřební vodou. Další výhodou je nízká teplota vratné vody do zásobníku, což významně zvyšuje účinnost zdrojů, jako jsou tepelná čerpadla a solární systémy. Nevýhodou je nutnost použití dalších pomocných komponent (čerpadlo, průtokoměr, teplotní senzory, jednotka řízení), které představují kromě vyšších pořizovacích a provozních nákladů i potenciální zdroje chyb.
- 1 CZ 305058 B6
Z japonského patentového spisu JP H 04295540 (A) je známo turbínové čerpadlo, které sestává ze dvou hydraulicky oddělených turbín, které slouží k vytvoření cirkulace ohřívané vody bez použití elektrické energie za účelem zlepšeného ohřevu. Neřeší nijak teplotní poměry, ani průtoky médií, účastnících se výměny.
Podstata vynálezu
Předmětem tohoto vynálezu je způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody, napojeného na tlakový přívod a obsahujícího ventil pro řízení průtoku spotřební vody, kde topné médium a spotřební voda protisměrně procházejí výměníkem tepla a kde kinetická energie protékající spotřební vody se turbínovým čerpadlem, sestávajícím ze dvou hydraulicky oddělených turbín s průtokem topného média a spotřební vody, navzájem spojených mechanickou nebo silovou vazbou, přenáší do pohybu topného média. Podstata vynálezu spočívá v tom, že poměr velikosti průtoku topného média a průtoku spotřební vody výměníkem tepla, kde průtok topného média je přímo úměrný měnícímu se průtoku spotřební vody, se pro předem stanovený rozsah průtoku spotřební vody a pro dané čerpadlo udržuje konstantní. Pro samovolnou stratifikaci topného média ve výměníku tepla se v případě nulového průtoku spotřební vody výměníkem tepla udržuje průtok topného média nenulový.
Průtoky obou médií výměníkem tepla jsou voleny v takovém poměru, kdy dochází k optimální výměně tepla ve výměníku tepla a kdy je teplota vratné vody udržována v takové výši, která umožňuje její optimální ohřev solárními systémy a systémy tepelných čerpadel zpět na úroveň využitelnou k další výměně. Tento optimální poměr průtoků je konstantní i při měnícím se průtoku ohřívané vody, čímž je zajištěno i zachování optimálních teplotních poměrů při různém odběru ohřívané vody.
Turbínové čerpadlo svou konstrukcí nahrazuje všechny pomocné komponenty zmíněné u systému s oboustranným prouděním a zachovává přitom jeho výhody. Je konstrukčně tvořeno dvěma mechanicky nebo silově spojenými turbínami, kdy jedna pracuje v režimu turbíny, druhá v režimu čerpadla. Z hlediska funkce jde tedy o dvojici turbína-čerpadlo a turbínové čerpadlo využívá energie proudění média s průtokem Q1 spotřební vody v jednom hydraulickém okruhu k vyvolání proudění média s průtokem Q2 topného média v druhém hydraulickém okruhu. Oba okruhy jsou od sebe hydraulicky odděleny a pro přenos energie mezi nimi je použita mechanická nebo silová vazba.
Hodnota průtoku Q1 spotřební vody se v čase mění podle okamžité potřeby a hodnota vyvolaného průtoku Q2 topného média se mění přímo úměrně průtoku Q1 spotřební vody. Poměr Q2 / Q1 je pro dané turbínové čerpadlo konstantní ve stanoveném rozsahu průtoku a je volen tak, aby bylo dosaženo optimálního přenosu tepla a teploty vratné vody. Obě média jsou následně vedena protisměrně přes výměník tepla, ve kterém dochází k vlastnímu přenosu tepla z jednoho média na druhé.
V případě nulového průtoku Q1 spotřební vody umožňuje turbínové čerpadlo nenulový, ale malý průtok Q2 topného média, čímž je umožněna samovolná stratifikace tohoto média ve výměníku tepla, to je jeho vrstvení v závislosti na teplotě (teplá voda nahoře, studená dole). Možnost nenulového průtoku Q2 topného média při nulovém průtoku Q1 spotřební vody tak umožní udržovat ve výměníku tepla (který je umístěn ve výšce horní části zásobníku) topné médium o stejné teplotě jako v zásobníku. Zároveň je tak ohřívána i spotřební voda v celém objemu výměníku tepla a systém je tak připraven k okamžitému odběru teplé vody.
-2CZ 305058 B6
Objasnění výkresů
Příklad provedení tohoto vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu, kde je zobrazeno schematické provedení systému pro řízení přenosu tepla.
Příklady uskutečnění vynálezu
Systém řízeného přenosu tepla s oboustranným prouděním topného média a spotřební vody obsahuje turbínové čerpadlo 4, které sestává ze dvou hydraulicky oddělených turbín 4a a 4b. Obě turbíny 4a a 4b jsou spojeny mechanickou nebo silovou vazbou, například magnetickou vazbou. První turbína 4a, pracující ve funkčním režimu čerpadla, je situována v hydraulickém okruhu topného média se zdrojem I tepla a je připojena na akumulační nádrž 2 a primární stranu výměníku tepla. Druhá turbína 4b čerpadla 4, pracující ve funkčním režimu turbíny, je situována v hydraulickém okruhu spotřební vody a je připojena na tlakový přívod 5 spotřební vody a sekundární stranu výměníku 3 tepla. V okruhu spotřební vody je dále zapojen ventil 6 pro řízení průtoku Ol spotřební vody. V okruhu topného média jsou dále situovány tlakoměr 7, odvzdušňovací ventil 8, pojistný ventil 9 a expanzní nádoba 10.
Ventilem 6 je řízen průtok spotřební vody tak, že jeho kinetická energie je turbínovým čerpadlem přenesena do okruhu s topným médiem (zpravidla vodou), kde vyvolá průtok o velikosti 02. Obě média jsou vedena protisměrně přes výměník 3 tepla, ve kterém dochází k přenosu tepla z topné do spotřební vody.
Průtok 02 topného média výměníkem tepla 3 je přímo úměrný měnícímu se průtoku Ol spotřební vody a poměr velikostí obou těchto průtoků Q2/Q1 je pro stanovený rozsah průtoku Q1 spotřební vody a dané čerpadlo konstantní. Proudění v okruhu topné vody je vytvořeno až na základě skutečné spotřeby spotřební vody.
Pro samovolnou stratifikaci média ve výměníku 3 tepla je v případě nulového průtoku Ol spotřební vody průtok Q2 topného média nenulový.
Provedení a funkce turbínového čerpadla s mechanickou vazbou může být následující. Spotřební voda proudí hlavou turbíny, přičemž roztáčí oběžné kolo připevněné ke hřídeli, která je pohyblivě uložena v ložiscích a přenáší točivý moment na oběžné kolo, které vytvoří proudění topné vody hlavou turbíny druhého okruhu. Hydraulické oddělení obou okruhů zajišťuje těsnění. Volbou rozměrů oběžných kol a hlav turbín lze zvolit požadovaný poměr průtoků Q2 / Ql, se kterým turbínové čerpadlo pracuje. Pro dosažení lepšího oddělení obou hydraulických okruhů lze namísto společné hřídele použít silovou vazbu, např. magnetickou spojku, která zajistí přenos točivého momentu z jednoho oběžného kola na druhé oběžné kolo.
Průmyslová využitelnost
Vynález je použitelný v systémech pro ohřev vody, například teplé užitkové vody, kdy je třeba hydraulicky oddělit topnou a spotřební vodu a je zároveň požadován co nejmenší teplotní spád a/nebo teplosměnná plocha výměníku tepla z důvodu zvýšení efektivity provozu.
Claims (2)
- 5 1. Způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje (1) tepla s akumulační nádrží (2) a turbínovým čerpadlem (4) do okruhu ohřívané spotřební vody, napojeného na tlakový přívod (5) a obsahujícího ventil (6) pro řízení průtoku spotřební vody, kde topné médium a spotřební voda procházejí výměníkem (3) tepla a kde kinetická energie protékající spotřební vody se turbínovým čerpadlem (4), sestávajícím ze dvou hydraulicky oddělených turbín (4a, 4b) ío s protisměrným průtokem topného média a spotřební vody, navzájem spojených mechanickou nebo silovou vazbou, přenáší do pohybu topného média, vyznačující se tím, že poměr (Q2)/(Q1) velikosti průtoku (Q2) topného média a průtoku (Ql) spotřební vody, kde průtok (Q2) topného média je přímo úměrný měnícímu se průtoku (Ql) spotřební vody, se pro předem stanovený rozsah průtoku (Ql) spotřební vody a pro dané čerpadlo (4) udržuje konstantní.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro samovolnou stratifikaci topného média ve výměníku (3) tepla se v případě nulového průtoku (Ql) spotřební vody udržuje průtok (Q2) topného média nenulový.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-696A CZ2013696A3 (cs) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-696A CZ2013696A3 (cs) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ305058B6 true CZ305058B6 (cs) | 2015-04-15 |
| CZ2013696A3 CZ2013696A3 (cs) | 2015-04-15 |
Family
ID=52963672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-696A CZ2013696A3 (cs) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2013696A3 (cs) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04295540A (ja) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | Hitachi Cable Ltd | 風呂追焚熱交換器 |
| KR20050005744A (ko) * | 2003-06-24 | 2005-01-14 | 히타치 홈 앤드 라이프 솔루션즈 가부시키가이샤 | 히트 펌프 급탕기 |
| CZ2010672A3 (cs) * | 2010-09-08 | 2012-03-21 | Coop Therm S. R. O. | Zarízení pro ohrev teplé vody, zvlášte v objektech s centrálním rozvodem teplé vody |
-
2013
- 2013-09-13 CZ CZ2013-696A patent/CZ2013696A3/cs unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04295540A (ja) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | Hitachi Cable Ltd | 風呂追焚熱交換器 |
| KR20050005744A (ko) * | 2003-06-24 | 2005-01-14 | 히타치 홈 앤드 라이프 솔루션즈 가부시키가이샤 | 히트 펌프 급탕기 |
| CZ2010672A3 (cs) * | 2010-09-08 | 2012-03-21 | Coop Therm S. R. O. | Zarízení pro ohrev teplé vody, zvlášte v objektech s centrálním rozvodem teplé vody |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013696A3 (cs) | 2015-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6011280B2 (ja) | 貯湯式給湯装置 | |
| GB2527530A (en) | Fluid-heating apparatus | |
| DK2795199T3 (en) | Heat Supply System and heat supply process | |
| CZ305058B6 (cs) | Způsob řízeného přenosu tepla z okruhu topného média ze zdroje tepla s akumulační nádrží a turbínovým čerpadlem do okruhu ohřívané spotřební vody | |
| GB2507756A (en) | A thermal store in combination with an electrical heater, particularly an electrical flow boiler | |
| JP2012017903A (ja) | 給湯システム | |
| EP2423605A1 (en) | Combined cold, heat and domestic hot water (DHW) climatization system | |
| CZ26476U1 (cs) | Systém řízeného přenosu tepla | |
| WO2011133058A3 (en) | Auxiliary circuit for heating heat storage tanks | |
| CN203797763U (zh) | 太阳能、电能、燃烧介质互补的采暖和生活热水供给装置 | |
| EP2722596B1 (en) | Heating installation and method related thereto | |
| JP5291402B2 (ja) | ハイブリッド給湯システム | |
| KR101674864B1 (ko) | 유압파워유니트 | |
| JP6342145B2 (ja) | 貯湯式給湯システム | |
| JP5982635B2 (ja) | ヒートポンプ給湯装置 | |
| CN202287845U (zh) | 一种简单的降温装置 | |
| JP5878541B2 (ja) | 重油燃料を収容するタンクから油を供給するための手段 | |
| JP5982636B2 (ja) | ヒートポンプ給湯装置 | |
| GB2493222A (en) | Water heating system for heating mains water using a thermal store | |
| CN105674563A (zh) | 带换向阀的多能源互补双内胆水箱系统 | |
| CN105710351A (zh) | 用于冷却物件的结构 | |
| CN102954715A (zh) | 液蜡蛇管换热器 | |
| CN102349794A (zh) | 一种简单的降温装置 | |
| KR101402690B1 (ko) | 급탕 공급시스템 | |
| JP5264408B2 (ja) | ヒートポンプ給湯機 |