CZ37270U1 - Modulární systém pro vytápění a přípravu teplé vody - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

Modulární systém pro vytápění a přípravu teplé vody

Oblast techniky

Toto technické řešení se týká modulárního systému pro vytápění a přípravu teplé vody, zejména v oblasti vytápění, zdravotně technických instalací a technických zařízení budov.

Dosavadní stav techniky

V patentovém spise US 8763564 B2 je popsán ohřívač vody obsahující nádrž pro úschovu vody, spalovací komoru s hořákem pro generování spalin a tepelný výměník v nádrži pro tepelnou výměnu mezi spalinami a vodou. Tepelný výměník obsahuje vrchní část, která je uspořádána nad spalovací komorou a zahrnuje vrchní závitnici s prvním průměrem a s výhodou s vyšším stoupáním závitu, a spodní část, která je uspořádána pod spalovací komorou a zahrnuje spodní závitnici s druhým průměrem a s výhodou s nižším stoupáním závitu.

V patentovém spise US 9568213 B2 je popsán plynový ohřívač vody obsahující nádrž pro úschovu vody, spalovací komoru s hořákem pro generování spalin a tepelný výměník v nádrži pro tepelnou výměnu mezi spalinami a vodou, a ventilátor. Do hořáku ústí první vstup směsi paliva a primárního vzduchu pro vytvoření plynu s koncentrací nad horním vznětlivým limitem směsi paliva a primárního vzduchu, a do spalovací komory dále ústí druhý vstup sekundárního vzduchu pro vytvoření plynu s mírným nadbytkem vzduchu v poměru k palivu (méně než 1,5) pro spálení ve spalovací komoře. Spaliny jsou následně hnány ventilátorem do tepelného výměníku.

V patentovém spise US 11435113 B2 je popsán systém pro ohřev vody nádrž pro úschovu vody, tepelný výměník v nádrži pro tepelnou výměnu mezi spalinami a vodou, hořák ve fluidním kontaktu s tepelným výměníkem, a ventilátor ve výfukové sestavě. Hořák má vysoký a nízký dodávací režim pro dodání spalin do tepelného výměníku, a ventilátor zajišťuje kondenzaci spalin v tepelném výměníku v nízkém dodávacím režimu a snižuje teplotu spalin ve výfukové sestavě ve vysokém dodávacím režimu.

Nevýhodou výše uvedených systémů je neucelenost samostatných prvků používaných v různých kombinacích pro různé zdroje tepla, zejména pro vytápění a přípravu teplé vody.

Ve stavu techniky tedy vzniká potřeba poskytnout systém pro vytápění a přípravu teplé vody, realizovaný jako celek - tj. poskytující kompletní dodávku všech komponent v jednom „boxu“ se základním konceptem připojení pro otopnou soustavu a rozvody teplé vody v budovách.

Podstata technického řešení

Cílem technického řešení je poskytnout modulární systém umožňující současnou dodávku tepla pro vytápění a přípravu teplé vody.

Uvedeného cíle je dosaženo modulárním systémem pro vytápění a přípravu teplé vody, který je zapojitelný mezi primární systém pro přípravu teplé vody a sekundární systém pro vytápění, a který obsahuje • deskový výměník tepla opatřený vstupem ohřáté vody, vstupem ochlazené topné vody, výstupem ohřáté topné vody a výstupem ochlazené vody;

• vstup ohřáté vody směrem z primárního systému (tj. zdroje tepla), napojený na vstup ohřáté vody do deskového výměníku tepla, přičemž výstup ochlazené vody z deskového

- 1 CZ 37270 U1 výměníku tepla je napojen na výstup ochlazené vody pro odvod ochlazené vody zpět do primárního systému, přičemž za výstupem ochlazené vody z deskového výměníku tepla (tj. na primární straně deskového výměníku tepla) je uspořádáno oběhové čerpadlo vody pro čerpání ochlazené vody do primárního systému; a • vstup ochlazené topné vody směrem ze sekundárního systému, napojený na vstup ochlazené topné vody do deskového výměníku tepla, přičemž výstup ohřáté topné vody z deskového výměníku tepla je napojen na výstup ohřáté topné vody pro odvod ohřáté topné vody zpět do sekundárního systému.

Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že na základě propojení primárního systému pro přípravu teplé vody a sekundárního systému pro vytápění pomocí externího deskového výměníku tepla a oběhového čerpadla lze využívat část akumulované energie v primárním zdroji tepla (kterým může být libovolný zdroj s akumulačním objemem, např. ohřívač vody) i pro další samostatný systém zásobování teplem.

Mezi výstupem ohřáté topné vody z deskového výměníku tepla a výstupem ohřáté topné vody do sekundárního systému je s výhodou jako paralelní odbočná větev uspořádána expanzní nádoba pro vyrovnávání změn objemu topné vody, způsobenými změnami její teploty, a pro udržování požadovaného přetlaku v sekundárním systému.

Za paralelní odbočnou větví s akumulační nádrží směrem od deskového výměníku tepla je s výhodou uspořádána bezpečnostní skupina zahrnující pojistný ventil, odvzdušňovací ventil se zpětným ventilem, manometr se zpětným ventilem, přičemž z bezpečností skupiny vystupuje samostatné pojistné potrubí, a vše je osazeno tepelnou izolací. Bezpečností skupina je navržena jednak pro odvzdušnění paralelní větvě akumulační nádrže primární strany deskového výměníku tepla a zároveň jako ochrana proti překročení maximálního provozního tlaku soustavy. Bezpečnostní skupina chrání sekundární systém proti překročení nastaveného přetlaku automatickým otevřením pojistného ventilu a odvedení přebytečného množství vody pojistným potrubím mimo modulární systém.

Výstup ohřáté topné vody do sekundárního systému a výstup ochlazené vody z deskového výměníku tepla jsou s výhodou opatřeny kulovými kohouty pro možnost odpojení modulárního systému od zdroje tepla.

Mezi vstupem ohřáté vody směrem z primárního systému a vstupem ohřáté vody do deskového výměníku tepla může být z bezpečnostních důvodů uspořádán automatický odvzdušňovací ventil.

Výhoda daného řešení je v kompatibilitě s libovolným zdrojem tepla či akumulačním zásobníkem tepla a jednoduchosti pro napojení na další (sekundární) odběr tepla. Další výhodou je, že díky tomuto modulu je možné provozovat dodávku tepla pro oba systémy současně. Standardní zdroj tepla pracuje v režimu, kdy zásobování energií je možné pouze pro jeden okruh, nebo musí být využit hydraulický rozdělovač s napojením ovládacích prvků (směšovací ventily, oběhová čerpadla, čidla, zkraty apod.) pro jednotlivé větve. Navržený modulární systém rozšiřuje využitelnost takovéhoto zdroje tepla bez nutnosti použití složité elektroniky či hydraulického zapojení potrubí sekundární strany tepla.

Pro standardní, přímo ohřívaný, plynový zásobník teplé vody je tedy navržen doplňující modul, který po připojení k ohřívači umožňuje současně s dodávkou teplé vody z akumulačního objemu ohřívače zásobovat systém vytápění ve stejné budově. Na základě experimentů a matematické simulace byla optimalizována velikost teplosměnné plochy použitých výměníků tepla tak, aby dle daného typu ohřívače bylo možné maximálně využít akumulační potenciál nádrže teplé vody ohřívače, a to jak pro splnění požadavků na zásobování teplou vodou, tak i požadavků vytápění.

- 2 CZ 37270 U1

Výsledkem experimentů a matematické simulace jsou dva funkční prototypy: první pro ohřívače teplé vody s tepelným výkonem do 25 kW, druhý pro ohřívače teplé vody s tepelným výkonem do 80 kW.

Jedinečnost tohoto technického řešení je možnost napojení uvedeného modulárního systému v podstatě na jakýkoli ohřívač teplé vody, čímž je zajištěna dodávka tepla z jediného zdroje jak pro systémy teplé vody, tak i vytápění. Modulární systém tak rozšiřuje možnosti využití ohřívačů teplé vody.

Dále jeho využití může být s ohledem na jmenovité teplené výkony až do 80 kW nejen pro vytápění daného objektu, ale například i pro jiné technologie, např. dodávku tepla pro konkrétní technologii ve výrobním či nevýrobním procesu.

Výhodou je také jednoduchost vazby na regulaci modulárního systému. Buď je spínání oběhového čerpadla řešeno samostatně na základě požadavků on/off dle sekundární strany odběru tepla, nebo je možné jej připojit přímo na standardní regulaci ohřívače teplé vody.

Objasnění výkresů

Obr. 1 znázorňuje 3D řez sestavou modulárního systému (zelená - nabíjení výměníku tepla ze strany zdroje tepla, modrá - zpětné potrubí do zdroje tepla, červená - výstup z výměníku tepla na sekundární straně pro odběr tepla, žlutá - zpětné potrubí sekundární strany odběru tepla, fialová - pojistné potrubí modulárního systému).

Obr. 2 znázorňuje schéma zapojení předkládaného modulárního systému pro vytápění a přípravu teplé vody v rámci primárního systému pro přípravu teplé vody a sekundárního systému pro vytápění.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je znázorněn modulární systém 1 pro vytápění a přípravu teplé vody, který je zapojitelný mezi primární systém 22 pro přípravu teplé vody a sekundární systém 28 pro vytápění. Uvedený modulární systém 1 lze umístit do nástěnné skříně 7.

Uvedený modulární systém 1 obsahuje vstup 2 ohřáté vody směrem z primárního systému 22, ústící přes vstup 12 ohřáté vody do deskového výměníku 8 tepla, a dále přes výstup 13 ochlazené vody vystupující z deskového výměníku 8 tepla a přes výstup 3 ochlazené vody směrem zpět do primárního systému 22. Mezi výstupem 13 a výstupem 3 je uspořádáno oběhové čerpadlo 11 pro nabíjení výměníku 8 tepla do primárního systému 22, a mezi oběhovým čerpadlem 11 a výstupem 3 ochlazené vody do primárního systému 22 může být uspořádán ještě třetí kulový kohout 19. Mezi vstupem 2 ohřáté vody směrem z primárního systému 22 a vstupem 12 ohřáté vody do deskového výměníku 8 tepla je uspořádán automatický odvzdušňovací ventil 16.

Uvedený modulární systém 1 dále obsahuje vstup 4 ochlazené topné vody směrem ze sekundárního systému 28, ústící přes vstup 14 ochlazené topné vody do deskového výměníku 8 tepla, a dále přes výstup 15 ohřáté topné vody vystupující z deskového výměníku 8 tepla a přes výstup 5 ohřáté topné vody směrem zpět do sekundárního systému 28. Mezi výstupem 15 a výstupem 5 je jako paralelní odbočná větev z prvního větvení 20 uspořádána expanzní nádoba 9 pro vyrovnání změn objemu topné vody, způsobenými změnami její teploty a zároveň pro udržení požadovaného přetlaku vody v sekundárním systému 28 v předepsaném rozsahu. Vstup z expanzní nádoby 9 směrem k výstupu 5 ohřáté topné vody do sekundárního systému 28 (před druhým větvením 21) je opatřen prvním kulovým kohoutem 17. Za paralelní odbočnou větví s expanzní nádobou 9 směrem od výstupu 15 ohřáté topné vody z deskového výměníku 8 tepla je uspořádána bezpečnostní

- 3 CZ 37270 U1 skupina 10 zahrnující pojistný ventil, odvzdušňovací ventil se zpětným ventilem, manometr se zpětným ventilem, přičemž z bezpečností skupiny 10 vystupuje pojistné odtokové potrubí 6. Veškeré rozvody jsou opatřeny tepelnou izolací. Mezi druhým větvením 21 a výstupem 5 ohřáté topné vody do sekundárního systému 28 může být uspořádán ještě druhý kulový kohout 18.

Uvedený modulární systém 1 dále obsahuje deskový výměník 8 tepla pro přenos tepla mezi primární stranou zdroje tepla (vstup 12 ohřáté vody, výstup 13 ochlazené vody) a sekundární stranou připojeného systému (vstup 14 ochlazené topné vody, výstup 15 ohřáté topné vody).

Modulární systém lze využít ve spojení s libovolným zdrojem tepla či akumulačním zásobníkem vody. Typickým příkladem uskutečnění je spojení s primárním systémem 22 pro ohřev teplé vody a sekundárním systémem 28 pro vytápění (obr. 2). Výhodou této realizace je možnost přímého využití akumulace energie pro sekundární dodávku tepla, např. vytápění, technologický ohřev apod.

Primární systém 22 obsahuje ohřívač 26 vody (primární zdroj tepla), s přívodem 23 studené vody, přívodem 25 plynu a odvodem 24 teplé vody. Mezi ohřívačem 26 vody a odvodem 24 teplé vody je uspořádána odbočka do modulárního systému 1, konkrétně do vstupu 2 ohřáté vody. Mezi přívodem 23 studené vody a ohřívačem 26 vody je uspořádána přípojka z modulárního systému 1, konkrétně z výstupu 3 ochlazené vody. Mezi přívodem 23 studené vody a odvodem 24 teplé vody je dále uspořádána spojka přes první třícestný směšovací ventil 27.

Příklad zapojení sekundárního systému 28 ukazuje obr. 2. Sekundární systém obsahuje vlastní oběhové čerpadlo, odvod 30 ohřáté topné vody do otopné soustavy, přívod 29 ochlazené topné vody z otopné soustavy a zkrat mezi přívodem 29 ochlazené topné vody a přívodem 30 ohřáté topné vody přes druhý třícestný směšovací ventil 31, do kterého ústí i výstup 5 ohřáté topné vody z modulárního systému 1. Přívod 29 ochlazené topné vody po odbočení spojky ústí do vstupu 4 ochlazené topné vody do modulárního systému 1. Řídicí jednotka 32 sekundárního systému 28 řídí druhý třícestný směšovací ventil 31, a je spojena s teplotním snímačem 33 ohřáté topné vody a termostatem 34 pro regulaci teploty otopné vody. Zapojení sekundárního systému je variabilní dle požadavků topného systému.

Průmyslová využitelnost

Výše popsaný modulární systém lze využít v oblasti vytápění, zdravotně technických instalací a technických zařízení budov.

Claims (5)

1. Modulární systém (1) pro vytápění a přípravu teplé vody, který je zapojitelný mezi primární systém (22) pro přípravu teplé vody a sekundární systém (28) pro vytápění, vyznačující se tím, že obsahuje

a. deskový výměník (8) tepla opatřený vstupem (12) ohřáté vody, vstupem (14) ochlazené topné vody, výstupem (15) ohřáté topné vody a výstupem (13) ochlazené vody;

b. vstup (2) ohřáté vody směrem z primárního systému (22), napojený na vstup (12) ohřáté vody do deskového výměníku (8) tepla, přičemž výstup (13) ochlazené vody z deskového výměníku (8) tepla je napojen na výstup (3) ochlazené vody pro odvod ochlazené vody zpět do primárního systému (22), přičemž mezi výstupem (13) a výstupem (3) je uspořádáno oběhové čerpadlo (11) pro čerpání ochlazené vody do primárního systému (22); a

c. vstup (4) ochlazené topné vody směrem ze sekundárního systému (28), napojený na vstup (14) ochlazené topné vody do deskového výměníku (8) tepla, přičemž výstup (15) ohřáté topné vody z deskového výměníku (8) tepla je napojen na výstup (5) ohřáté topné vody pro odvod ohřáté topné vody zpět do sekundárního systému (28).

2. Modulární systém (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi výstupem (15) a výstupem (5) je jako paralelní odbočná větev uspořádána expanzní nádoba (9) pro vyrovnávání změn objemu topné vody, způsobenými změnami její teploty, a pro udržování požadovaného přetlaku v sekundárním systému (28).

3. Modulární systém (1) podle nároku 2, vyznačující se tím, že za paralelní odbočnou větví s expanzní nádobou (9) směrem od deskového výměníku (8) tepla je uspořádána bezpečnostní skupina (10) zahrnující pojistný ventil, odvzdušňovací ventil a manometr, přičemž z bezpečností skupiny (10) vystupuje samostatné pojistné potrubí (6).

4. Modulární systém (1) podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výstup (5) ohřáté topné vody do sekundárního systému (28) a výstup (3) ochlazené vody z deskového výměníku (8) tepla jsou opatřeny kulovými kohouty (18, 19).

5. Modulární systém (1) podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že mezi vstupem (2) ohřáté vody směrem z primárního systému (22) a vstupem (12) ohřáté vody do deskového výměníku (8) tepla je uspořádán automatický odvzdušňovací ventil (16).

2 výkresy

Seznam vztahových značek:

1 modulární systém pro vytápění a přípravu teplé vody

2 vstup ohřáté vody z primárního zdroje do modulárního systému

3 výstup ochlazené vody z modulárního systému do primárního zdroje

4 vstup ochlazené topné vody z topného systému do modulárního systému

5 výstup ohřáté topné vody z modulárního systému do topného systému

6 pojistné potrubí z modulárního systému

7 nástěnná skříň

8 deskový výměník tepla

9 expanzní nádoba

10 bezpečnostní skupina

- 5 CZ 37270 U1 oběhové čerpadlo vody vstup ohřáté vody do deskového tepelného výměníku výstup ochlazené vody z deskového tepelného výměníku vstup ochlazené topné vody do deskového tepelného výměníku výstup ohřáté topné vody z deskového tepelného výměníku automatický odvzdušňovací ventil první kulový kohout expanzní nádoby druhý kulový kohout (výstup do modulárního systému) třetí kulový kohout (výstup z modulárního systému) první větvení druhé větvení primární systém pro přípravu teplé vody přívod studené vody odvod teplé vody přívod plynu primární zdroj, ohřívač vody první třícestný směšovací ventil sekundární systém pro vytápění přívod ochlazené topné vody odvod ohřáté topné vody druhý třícestný směšovací ventil řídicí jednotka teplotní snímač termostat