DK161165B - Forraadsvand-opvarmningsanlaeg - Google Patents

Description

DK 161165 B

Opfindelsen angår et forrådsvand-opvarmningsanlæg med en lagerbeholder, et med en cirkulationspumpe forsynet forsyningskredsløb, som på to steder med en indbyrdes afstand udmunder ind i lagerbeholderen, og som gennem denne udgør et lukket sy-5 stem samt en brænder og en forbrændingsgas-varmeveksler til opvarmning af 1 agerbeholderens gennem forsyningskredsløbet førte brugsvand.

En indretning af denne art, som dog ikke omfatter en cirkula-10 tionspumpe, kendes fra US patentskrift nr. 2.335.918.

Kendte forrådsvand-opvarmningsanlæg af denne art har kun en utilstrækkelig kondensationsgrad af forbrændingsgaskondensatet og en ligeledes utilstrækkelig opvarmningsgrad.

15

Formålet med opfindelsen er at anvise et forrådsvand-opvarmningsanlæg med en forbedret brændværdi, således at der for forbrændingsgaskondensatet opnås en højere kondensationsgrad forbundet med forbedret opvarmnings-virkningsgrad og formind-20 sket stilstandstab.

Forrådsvand-opvarmningsanlægget ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved de i den kendetegnende del af krav 1 anførte træk. Denne kombination af (a) en faldbrænder, (b} en forbrænd i ngs-25 gasføring ovenfra og nedad gennem en særligt udformet og indrettet varmevekslerprofi 1 og (c) føringen af det brugsvand, der skal opvarmes i modstrøm gennem et i varmevekslerprofilen koncentrisk placeret midterrør fører under kondensationsvarme-udnyttelse til en overordentlig høj opvarmningsvirkningsgrad.

30 Det sidstnævnte muliggør ved lav normalvarmebelastning af brænderen en opvarmning af det ved bunden i forbrændingsgasvarmeveksleren indtrædende opvarmningsvand fra et temperaturniveau på f.eks. 15®C i ét skridt til f.eks. 60eC. Lignende høj er også kondensationsgraden. Forbrændingsgassen afkøles i 35 varmeveks1erprofi 1 en af det i modstrøm førte kolde vand til under dugpunktet. Den lave brænderydelse, som er nødvendig til opvarmningen af vandet en ΔΤ på f.eks. 45®C, fører i forbin- 2

DK 161165 B

delse med små vandomløbsmængder til lange driftstider og små omsti 11ingshyppigheder for brænderen.

En særlig god varmevekslervirkning og en væsentlig formind-5 skelse af forbrændingsgasvarmevekslerens fremstillingsomkostninger opnås ifølge opfindelsen ved, at varmevekslerprofilen er en ekstruderet profil af en aluminiumslegering. Aluminiumslegeringen er tillige fortrinsvis valgt således, at den har en god korrosionsbestandighed i forhold til forbrændingsgaskon-10 densatet. Varmevekslerprofilen kan tillige være forsynet med et eloksallag, der modvirker såvel korrosionsangreb fra forbrændingsgasserne som fastsættelse af korrosionsaflagringer.

Det som drikkevand egnede brugsvand føres ikke direkte gennem varmevekslerprofilens midterudboring, men gennem et i midter-15 udboringen indpresset kobberrør, der let lader sig forbinde med den i givet fald af kobberrør bestående øvrige del af rørsystemet .

Ifølge opfindelsen kan en særlig gunstig konstruktiv udform-20 ning opnås ved, at forbrændingsgasføringsrøret forløber koncentrisk gennem lagerbeholderen.

En foretrukken og især konstruktiv enkel udførelsesform for forrådsvand-opvarmningslægget ifølge opfindelsen er ejendomme-25 lig ved, at forsyningskredsløbet er forbundet med koldtvands-indløbet i lagerbeholderens bundområde, at forsyningskredsløbet nede fra er ført ind i varmevekslerprofilens midterudboring, og at forsyningskredsløbet, når det forlader varmevekslerprofilen, er ført tilbage til det øvre område af lagerbe-30 holderen. Det direkte i midterrøret indførte og modstrøms gennem varmevekslerprofilen ledte kolde vand vand sørger for en afkøling af forbrændingsgasstrømmen til under dugpunktet.

Anlægget ifølge opfindelsen er videreudviklet ved, at brænde-35 ren arbejder med overstøkiometrisk forbrænding og har en cirkelformet brænderplade med et antal blandingsgennemgangsåbninger med en diameter på 1-2 mm, fortrinsvis 1,8 mm, at brænder- 3

DK 161165 B

pladen er fastgjort til den øvre ende af varmeveks1erprofi 1 en, og at forsyningskredsløbets vandledende rør er ført igennem brænderpiaden og er i varmeledende forbindelse med denne til opnåelse af dennes afkøling. Ved en foretrukken udførelsesform 5 ifølge opfindelsen kan blandingsgennemgangsåbningerne være indrettet ringformet i brænderp1aden og det vandledende rør være ført koncentrisk gennem brænderp1aden.

En særlig enkel styringsindretning til forrådsvand-opvarm- 10 ningsanlægget er kendetegnet ved, at den har en første tempe raturføler, der måler vandtemperaturen i lagerbeholderens nedre område og en anden temperaturføler, der måler vandtemperaturen i 1 agerbeholderens øvre område, hvilke temperaturfølere aktiverer de i brænderstyrekreds løbet indrettede kontakter 15 eller omskiftere, at der yderligere ved hjælp af den første temperaturføler kan tændes for brænderen, når temperaturfølerens måletemperatur falder ned under en nedre grænsetemperatur, f.eks. på 55eC, og at der ved hjælp af den anden temperaturføler kan slukkes for brænderen, når temperaturfølerens må-20 letemperatur overskrider en øvre grænsetemperatur (f.eks.

60*C), der er højere end den nedre grænsetemperatur. Med lignende ringe omløbsmængder kan der med denne styreindretning indstilles relativt lange driftscykler og små omstillingshyppigheder af brænderen.

25

Til indstilling af vandomløbsmængden gennem forsyningskredsløbet afhængigt af temperaturfaldet i lagerbeholderen er det ved en videreudvikling af opfindelsen forudset, at der i forsyningskredsløbet er indbygget en indstillelig drossel vent i 1.

30 Denne drosselventi 1 bliver ved et lavt tilbageløbstemperaturniveau (koldt vand), f.eks. ved den første vandtilførsel eller ved brugsvandsudtagning, stillet i en stærkt droslende stilling af omløbsmængden, og ved et relativt højt tilbageløbstemperaturn i veau , f.eks. ved en ekstra tilførsel af vand, bliver 35 drosselventilen åbnet fuldt, således at den stærkt forskellige ΔΤ ved hjælp af en tilsvarende volumenstrømsforhøjelse bringes i ligevægt. Desuden er der i vandudtagsledningen indrettet en 4

DK 161165 B

strømningsomskifter, der er forbundet således med omskifterkredsløbet, der styrer drossel venti lens indsti11ingsled, at ved varmtvandsudtag drosles vol umenstrømnrerr f forsyn ingskreds-løbet ned til en forudgiven værdi. Endvidere er der ved denne 5 foretrukne udførelsesform af anlægget ifølge opfindelsen i nærheden af koldtvandsuløbsstudsen i lagerbeholderens bundområde indrettet en yderligere temperaturføler, der er koblet således til omskifterkredsløbet, der styrer drosselventi lens indsti11ingsled, at når måletemperaturen i lagerbeholderen 10 svarer til koldtvandstemperaturen drosles volumenstrømmen i forsynimgskredsløbet ned til en forud given værdi.

I stettøt'.for den udførelsesmæssigt enkle og vikrningsfulde to-punktsnegulering af vandtemperaturen i lagerbeholderen, kan 15 der egså'være tilvejebragt en modulerende, henholdsvis kontinuerlig regulering af brænderen eller en trinløs regulerbar cirkulationspumpe, der overflødiggør en drossel venti 1 i forsyn i ngskreds 1 øbet.

20 Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fi-g. t viser en udførelsesform for et nyt forrådsvand-opvarm-ningsanlæg ifølge opfindelsen, set i et funktionsdia-25 gram, hvor de kendte forbindelser mellem en fyringsau tomat og drivmiddel ledninger af oversigtsmæssige grunde er udeladt, og fig. 2 et delsnit af lagerbeholderens hoveddel med påbygget 30 brander og det uddrivningsrør, der danner forbindelsen med en forbrændingsgasvarmeveksler.

De væsentligste komponenter i det nye forrådsvandopvarmningsanlæg er vist i fig. 1.

En omtrent cylindrisk -lagerbeholder 1, der ved et beskrevne eksempel indeholder ca. 200 1 vand og er anbragt med lodret 35 5

DK 161165 B

forløbende cylinderakse og har en relativt smal og høj form til opnåelse af en god temperaturlagdeling. En overstøkiometrisk blandende brænder 2 er indrettet på den øverste ende af 1 agerbeholderen og er forbundet med et igennem midten af la-5 gerbeholderen forløbende lodret forbrændingsgasføringsrør 3. Forbrændingsgasføringsrøret 3 er ved enderne svejset tæt fast til lagerbeholderen l's vandrum.

I forbrændingsgasføringsrøret 3 er der koaksialt indrettet en 10 varmevekslerprofil 4, der er forsynet med en midterudboring. I midterudboringen er der indpresset et kobberrør 5, der let lader sig forbinde med de i reglen ligeledes af kobberrør bestående ti Islutningsrør, og som beskytter det i forsyningskreds-løbet gennemtrængende drikkevand mod at forurenes. Varaævek-15 sierprofilen er i det beskrevne eksempel en ekstruderet profil af en aluminiumslegering med go korrosionsbestandighed med det angribende forbrændingsgaskondensat. En elksallag på varmevekslerprofilens forbrændingsgasførende flader forhindrer på den ene side et korrosionsangreb og på den anden side, at korro-20 sionsaflejringerne sætter sig fast. I stedet for den ekstruderede profil kan der også anvendes sædvanlige, fortrinsvis elokserede rør forsynet med ribber, hvor foden af ribberne er 1 varmeledende forbindelse med varmevekslerprofilens inderrør.

25 Som vist i fig. 2 har den overstøkiometrisk blandende brænder 2 en cirkelformet brænderplade 20, der direkte sidder fast på en flangedel af forbrændingsgasføringsrøret 3. Denne brænderplade har et antal blandingsgennemgangsåbninger med en diameter på 1-2 mm, fortrinsvis 1,8 mm. Varmevekslerprofilen 4's 30 lameller eller ribber 40 ender lige neden for den cirkelformede brænderplade 20. Det i midterudboringen indpressede kobberør er forbundet varmeledende med brænderpladen 20. Da kobberrøret 5 som bestanddel af forsyningskredsløbet er vandførende under drift, tilfører det en væsentlig del af den nød-35 vendige køling til denne brænder.

På grund af brænderens 2 funktion som faldbrænder og forbrændingsgassens manglende opdrift, er det kun nødvendigt med en 6

DK 161165B

forbrændings!uftsventilator 6 med ringe ydelse. En blander 7 blander forbrændingsluften fra ventilatoren 6 med et gennem en gasledning tilførte brændstof i et overstøkiometrisk forhold. Blanderen kan være forsynet med en gasdyseplade, der tillader 5 en indstilling til naturgas eller flydende gas. Gasafspær-ringsarmaturet, der styres fra en fyringsautomat 8, er ikke vist i fig. 1. Efter blandingsindretningen 7 ledes den over-støkiometr iske blanding gennem et blandingsrør til brænderpladen 20.

10

En koldtvandsindløbesstuds 9, der er forbundet med koldtvands-ledningen, udmunder i lagerbeholderen l's bundområde. Koldt-vandsindløbsstudsen 9 er en bestanddel af forsyningskredsløbet og er forbundet med den nedre ende af varmevekslerprofilen 4's 15 midterudboring henholdsvis til det i midterudboringen indpressede kobberør 5. Ved hjælp af en cirkulationspumpe 10 pumpes det kolde vand fra det nedre område af lagerbeholderen 1 henholdsvis fra koldtvandledningen gennem varmeveksleren 3, 4, 5, nedefra og op efter i retning af pilen B og over en tilbage-20 føringsledning 11 og en drosselventi 1 12 pumpes vandet ind i den øvre del af lagerbeholderen 1. Drossel venti len 12 er ved den beskrevne udførelsesform udformet som en magnetventil, der skal forklares nærmere, og som styres af den med punkterede linier angivne styreenhed 14, således at ved bestemte forsy-25 ningsforløb holdes drosselventi len 12 i en drosselstilling, og ved andre driftstilstande er den åben.

På grund af brænderen 2's indretning og udformning som fald-brænder, den specielle udformning og koncentriske indretning 30 af varmevekslerprofilen 4 i den langstrakte lagerbeholder l og frigøringen af vandet, skal opvarmes i modstrøm (pil B) mod den i retning af pilene A oven fra og nedefter forløbende forbrændingsgasstrøm, opnås der uner et trin at opvarme det kolde vand fra indløbsstudsen 9 henholdsvis koldtvandsledningen med 35 en temperatur på f.eks. 15eC til en beholdertemperatur på omkring 60eC i forsyningskredsløbets tilbageføringsledning 11. Den nødvendige ΔΤ på omkring 45eC opnås ved den her krævede

DK 161165 B

7 lave normalvarmebelastning på omkring 4kW. Dette medfører en lang driftstid for brænderen og dermed en ringe omskiftningshyppighed. Det i den nedre ende af forbrændingsgasvarmeveksleren indtrædende vands (kodt vand) lave tiIføringstemperatur og 5 den intensive varmeveksling i det relativt lange varmevekslerafsnit medfører foruden en fremragende opvarmningsvirkningsgrad også en høj kondensationsgrad. Ved den nedre ende af forbrændingsgasføringen føres forbrændingsgaskondensatet væk, som det er vit i fig. 1, dvs. forbrændingsgassen ledes gennem et 10 tæt forbrændingsgasrør 15 ud i det fri. Styringen af brænderen 2, cirkulationspumpen 10 og drosselventilen 12 opnås ved den i fig. 1 viste udførelsesform ved hjælp af tre temperaturfølere 21, 22 og 23 og en strømningskontrolenhed 24, der kontrollerer strømningen i varmtvandsudtagsTedningen 16. Den første tempe-15 raturføler 21 måler vandtemperaturen i lagerbeholderen l's nedre område og kobler brænderen og cirkulationspumpen til via en i bærnderen 2's og cirkulationspumpen 10's indkoblingskredsløb indrettet omskifter S21, når temperaturen falder ned under en nedre grænseværdi på 55eC. En i nærheden af varmt-20 vandsudløbet 13 indrettet anden temperaturføler 22 frakobler gennem en omskifter S22 såvel brænderen som cirkulationspumpen, specielt under vandpåfyldningen, når vandtemperaturen i lagerbeholderens øvre område overskrider en øvre grænseværdi af f.eks. 60®C. Opfyldningen af vand bliver da opretholdt un-25 der et temperaturf aid af lagerbeholderens vand på ca. 5eC, hvorved omløbsmængden gennem forsyningskredsløbet er stor gennem den fuldt åbne drossel venti 1 12.

I nærheden af koldtvandindløbsstudsen 9 ved lagerbeholderens 30 l's bund er den tredje temperaturføler 23 anbragt, der gennem en i drosselmagnetventilen 12's magnetiseringsstrømkreds indrettet omskifter S23 bestemmer, om drosselventilen 12 lades med en lille omløbsmængde på f.eks. 70 1/h eller med en stor omløbsmængde på f.eks. 700 1/h. Svarende til den af den tredje 35 temperaturføler 23 målte temperatur af det kolde vand, (f.eks.

en temperatur < 15*C), afbrydes drosselventilen 12's magnetiseringskreds ved, at omskifteren S23 åbnes, og volumenstrøm-

DK 161165 B

8 men i ledningen 11 drosles tilsvarende. For temperaturer højere end denne koldtvandstemperatur er omskifteren S23 lukket.

Ved brugsvandsudtag gennem ledningen 16 åbner strømningskontrolenheden 24 gennem den sidetilsluttede omskifter S24 dros-5 selventilen 12's magnetiseringskreds og sætter drosselventilen 12 i drossel ti Tstand med lille omløbsmængde (70 1/h).

Som overopvarmningsbeskyttelse er der på vandføringen i nærheden af brænderpladen 22 indrettet en temperaturbegrænser 25, 10 der ved en højere vandtemperatur end f.eks. 90°C frakobler brænderen gennem den til denne sidetilsluttede omskifter S25·

Ved den første påfyldning eller ved en efterpåfyldning, der foregår ved, at det kolde vand gennem varmeveksleren pumpes 15 til lagerbeholderen l's nedre område, begrænses volumenstrømmen gennem drosselventi len 12 til f.eks. 70 1/h, og det kolde vand opvarmes fra eksempelvis 15eC til ca. 60°C og føres gennem studsen 13 tilbage til lagerbeholderen 1.

20 Ved en efterpåfy1dning, der er påkrævet, når brugsvandet afkøles ca. 5°C, åbnes drossel vent i 1 en 12, når omskifterne S23 og S24 er lukket, hvorved forsyningskredsløbet leder den ca. 10-gange større volumenstrøm på f.eks. 700 1/h. Derved opnås kun 1/10 af den til påfyldningen nødvendige temperaturforhøjelse, 25 nemlig omkring 5eC.

Ved brugsvandsaftapning under vandpåfyldningen brydes magnetiser ingsstrømkredsen gennem omskifteren S24 til drosselmagnet-ventilen 12. Parallelt til vandudtaget fra lagerbeholderen 1 30 gennem udtagsledningen 16 finder en opvarmning af en gennemstrømningsmængde på ca. 70 1/h gennem forsyningskredsløbet 5, 10, 11, 12 sted, hvorved lagerets kapacitet gøres tilsvarende større.

35 Ved det beskrevne forrådsvand-opvarmningsanlæg følger ved den anvendte varmevekslerprofil 4 under udnyttelser af mostrøms- princippet i et skridt en afkøling af forbrændingsgasserne til

Claims (13)

1. Forrådsvand-opvarmingsanlæg med en lagerbeholder, et med en 10 cirkulationspumpe forsynet forsyningskredsløb, som på to steder med en indbyrdes afstand udmunder ind i lagerbeholderen, og som gennem denne udgør et lukket system og en brænder og en forbrændingsgas-varmeveksler til opvarmning af lagerbeholderens gennem forsyningskredsløbet førte brugsvand, kende- 15 tegnet ved, at brænderen (2) er udformet som en fald- brænder, der er tilsluttet den øvre ende af et lodret forløbende forbrændingsgasføringsrør(3), at forbrændingsgas-varmeveksleren udgøres af en varmevekslerprofil (4) med stjerneformet tværsnit anbragt koaksialt i forbrændingsgasføringsrøret 20 (3), hvilken varmevekslerprofil (4) har en midterudboring, hvorigennem forsyningskredsløbet er ført med en modsat forbrændingsgasstrømmen (A) rettet brugsvandsstrømning (B), og at brænderes (2) og/eller volumenstrømmen gennem forsyningskredsløbet reguleres i afhængighed af mindst én i lagerbeholderen 25 (1) indrettet temperaturføl er (21, 22, 23) i den grad, at en i hovedsagen konstant varmtvandtemperatur kan indstilles.

2. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forbrændingsgasføringsrøret (3) forløber 30 koncentrisk gennem lagerbeholderen (1).

3. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge krav 1 eller 2, k e n -detegnet ved, at varmevekslerprofi len (4) er en ekstruderet profil af en aluminiumslegering, der er korrosions- 35 bestandig over for forbrændingskondensatet, og at der i pro filens udboring er indpresset et kobberrør (5), der danner et afsnit af forsyningskredsløbet. 10 DK 16116 5 B

4. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge ét af kravene 1-3, kendetegnet ved, at forsyningskredsløbet er forbundet med et koldtvandsindløb (9) i lagerbeholderens (1) bundområde, at forsyningskredsløbet nedefra er ført ind i varme- 5 vekslerprofilens (A) midterudboring, og er ført tilbage i la-gerbehol derens (1) øvre område.

5. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge krav 3, kende tegnet ved, at branderen (2) arbejder med overstøkiome- 10 trisk forbranding og har en cirkelformet brænderplade (20) med et antal blandingsgennemgangsåbninger med en en diameter på 1-2 mm, fortrinsvis 1,8 mm, at brænderpladen (20) i nærheden af varmevekslerprof i lens (4) øvre ende er fastgjort til forbrændingsgasrøret (3), og at forsyningskredsløbet vandledende 15 rør (5) er ført igennem brænderpiaden' og er i varmeledende forbindelse med denne, til opnåelse af brænderpladens afkøling.

6. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge krav 6, kende- 20 tegnet ved, at blandingsgennemgangsåbningerne er indrettet ringformet i brænderpladen (20), og at det vandledende rør (5) er ført koncentrisk gennem brænderpladen (20).

7. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge ét af kravene 1—6, 25 kendetegnet ved, at forsyningskredsløbets tilbage føringsledning (11) er forbundet med varmtvandsudtagsstudsen (13), der munder ud i det øvre område af lagerbeholderen.

8. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge ét af kravene 1-7, 30 kendetegnet ved, at der er tilvejebragt en første temperaturføler (21), der måler vandtemperaturen i lagerbeholderens (1) nedre område og en anden temperatur føler (22), der måler vandtemperaturen i lagerbeholderens (1) øvre område, hvilket temperaturfølere (21, 22) aktiverer de i brænderens 35 styrekredsløb (14) indrettede omskiftere (S2X, S22)/ a* der ved hjælp af den første temperaturføler (21) kan tændes for brænderen (2), når temperaturfølerens (21) måletemperatur un- DK 161165 B u derskrider en nedre grænsetemperatur, og at der ved hjælp af den anden temperaturføler (22) kan slukkes for brænderen (21), når temperaturfølerens (22) måletemperatur overskrider en øvre grænsetemperatur, der har en højere værdi end den nedre græn-5 setemperatur.

9. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge ét af kravene 1-8, kendetegnet ved, at der i forsyningskredsløbet er indbygget en indstillelig drosselventi 1 (12). 10

10. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge krav 9, kendetegnet ved, at at der i varmtvands-udtagsledningen (16) er indrettet en strømningskontrol leringsenhed (24), der er forbundet således med omskifterkredsløbet, der styrer drossel- 15 ventilens (12) indstillingsled, at volumenstrømmens vandudtag i forsyningskredsløbet drosles ned til en forudgiven værdi.

11. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge krav 9 Iler 10, kendetegnet ved, at der i nærheden af koldtvands- 20 indløbsstudsen (9) i lagerbeholderens (1) bundområde er indrettet en yderligere temperaturføl er (23), der er koblet således til omskifterkredsløbet, der styrer drossel venti lens (12) indstillingsled, at når måletemperaturen i lagerbeholderen (1) svarer til koldtvandstemperaturen, drosles volumenstrømmen i 25 forsyningskredsløbet ned til en forudgiven værdi.

12. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge ét af kravene 1-8, kendetegnet ved, at brænderen (2) reguleres temperaturmodulerende og temperaturafhængigt. 30

13. Forrådsvand-opvarmningsanlæg ifølge ét af kravene 1-8, kendetegnet ved, at cirkulationspumpen (10) kan reguleres trinløst i afhængighed af brugsvandtemperaturen. 35