NL1014344C2 - Verwarmingsinstallatie. - Google Patents

Description

Titel: Verwarmingsinstallatie

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verwarmingsinstallatie, in het bijzonder voor woning- en utiliteitsbouw.

Om in een dergelijke installatie een warmtewisseling 5 tussen een warmteopnamecircuit en een warmteafgiftecircuit te bewerkstelligen wordt reed lang gebruik gemaakt van warmtewisselaars.. Deze bestaan veelal uit twee concentrische buizen, waarvan de ene buis deel uitmaakt van een warmteopnamecircuit en de andere van een warmteafgifte-10 circuit. Het medium door de ene buis stroomt daarbij veelal in een richting tegengesteld aan dat door de andere buis.

Op deze wijze wordt een bijzonder efficiënte warmtewisseling verkregen. Wanneer drie circuits, bijvoorbeeld twee warmteopnamecircuits en een 15 warmteafgiftecircuit, met elkaar in een warmtewisselingscontact moeten treden, is een dergelijke concentrische buisconstructie reeds bijzonder gecompliceerd te maken en derhalve relatief duur; wanneer vier of vijf van dergelijke circuits in een warmtewisselingscontact 20 moeten treden, is een concentrische buisconstructie vrijwel onmogelijk. Voor twee of drie in een warmtewisseling staande circuits bestaan voorts zogenaamde platenwisselaars, doch ook deze worden op praktische overwegingen niet gebruikt voor een warmtewisseling tussen 25 vier of vijf circuits.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een verwarmingsinstallatie met een warmtewisselaar waarin een warmtewisseling tussen vier of meer circuits mogelijk is.

Overeenkomstig de uitvinding wordt daartoe voorzien 30 in een verwarmingsinstallatie waarin leidingen van ten minste vier afzonderlijke circuits, waaronder een of meer warmteopnamecircuits en een of meer warmteafgiftecircuits, in een meervoudige warmtewisselaar met elkaar en elkaar 10143441 2 althans gedeeltelijk omgevend in een warmte-uitwisselingscontact staan.

In het bijzonder is de verwarmingsinstallatie voorzien van twee afzonderlijke warmteopnamecircuits, zoals 5 een tapwatercircuit en een CV-circuit, en ten minste twee afzonderlijke warmteafgiftecircuits, zoals een zonne-paneelcircuit en een koudemiddelcircu.it, waarbij leidingen van de twee warmteopnamecircuits en leidingen van de ten minste twee warmteafgiftecircuits met elkaar zijn gekoppeld 10 in een meervoudige warmtewisselaar waarin de genoemde leidingen, elkaar althans gedeeltelijk omgevend, in een warmteuitwisselingscontact staan.

In een gunstige uitvoering zijn een tapwatercircuit, een CV-circuit en twee koudemiddelcircuits aanwezig, 15 waarvan het ene koudemiddelcircuit geschikt is voor het opwarmen van water in de boiler en/of de CV over een lager temperatuurtrajeet, bijvoorbeeld tot ongeveer 45°C, en het andere koudecircuit voor het opwarmen van water in de boiler over een verder omhooggaand temperatuurtrajeet, 20 bijvoorbeeld tot ongeveer 60°C. De beide koudemiddelcircuits zijn hier derhalve volledig van elkaar gescheiden. Dit verdient de voorkeur boven een opstelling met twee parallel geschakelde compressoren.

In de verwarmingsinstallatie kan een tweede meer-25 voudige warmtewisselaar aanwezig zijn, waarin leidingen van de daarin alsdan door de koudemiddelcircuits gevormde warmteopnamecircuits en een leiding van een, door een warmte-accumulator gaand warmteafgiftecircuit met elkaar en elkaar althans gedeeltelijk omgevend in een warmte-30 uitwisselingscontact staan.

In een eerste uitvoeringsvorm van de warmtewisselaar zijn de leidingen in meerdere lagen aangebracht, hebben de leidingen een gelijke diameter en zijn deze, gezien in een dwarsdoorsnede, laagsgewijs over een halve diameter ten 35 opzichte van elkaar versprongen. Het is daarbij gunstig wanneer de leidingen helisch gewikkeld zijn, waarbij de 3 spoed waarmee elk van de leidingen is gewikkeld, in het bijzonder wanneer vier of vijf circuits met elkaar in warmtewisseling treden, overeenkomt met n maal de leiding-diameter. Om daarbij tevens een stevige constructie te 5 verkrijgen en warmteoverdracht zoveel mogelijk te bevorderen, is het gunstig wanneer de leidingen van metaal, in het bijzonder koper, zijn en de ruimte tussen de leidingen althans gedeeltelijk is gevuld met metaaldraad, in het bijzonder koperdraad, en/of een metallisch 10 verbindingsmiddel, zoals soldeer. Op deze wijze wordt een compact geheel verkregen en is het mogelijk de wanddikte van de leidingen aanzienlijk te beperken. Waar tot nu toe koperen leidingen met een wanddikte vanaf 0,8 mm worden gebruikt, kan volgens de uitvinding worden volstaan met een 15 wanddikte van ongeveer 0,4 mm, hetgeen een enorme materiaal- en gewichtsbesparing oplevert.

Om een helisch gewikkeld leidingenpakket te kunnen verkrijgen, kunnen de leidingen bij het vervaardigen van de warmtewisselaar worden gewikkeld om een drager, die is 20 voorzien van een of meer helisch gewikkelde ondersteuningsdraden met een spoed die overeenkomt met de spoed van de te vervaardigen warmtewisselaar, terwijl de diameter van deze ondersteuningsdraad zodanig is, dat de eerste laag van de te wikkelen leidingen slechts wordt 25 ondersteund door de ondersteuningsdraad of -draden. Door deze ondersteuningsdraad of -draden wordt een nauwkeurig wikkelen van de leidingen mogelijk, dat wil zeggen een wikkelen waarbij een zo goed mogelijke warmteoverdracht tussen de leidingen mogelijk wordt. Bovendien worden door 30 de dimensionering van de ondersteuningsdraad of -draden op de eerste laag van de te wikkelen leidingen slechts schuin naar deze leidingen toe gerichte krachten uitgeoefend, waardoor een afplatten van de leidingen tijdens het wikkelen wordt tegengegaan.

35 De drager kan zodanig zijn uitgevoerd dat deze, na het vervaardigen van het leidingenpakket desgewenst kan ’ - 43 4 4*1 4 worden verwijderd. De drager kan zijn uitgevoerd als een cilindrische constructie of anderszins zijn gevormd als een al dan niet verwijderbare wikkelrol. In het bijzonder kan een drager volledig ontbreken en kan het oppervlak van een 5 desbetreffende wikkelrol in een te gebruiken wikkelmachine zijn voorzien van helisch gevormde uithollingen waarin de te wikkelen leidingen passen. Na de vervaardiging van het leidingenpakket kan dit worden verwijderd en kan de wikkelrol opnieuw worden gebruikt.

10 In een tweede uitvoeringsvorm omvat de meervoudige warmtewisselaar een door extrusie verkregen pijp, waardoorheen twee holle ruimten voor een warmteopnamemedium en ten minste twee holle ruimten voor een warmteafgifte-medium lopen.

15 De uitvinding heeft niet alleen betrekking op een verwarmingsinstallatie, maar ook op een meervoudige warmtewisselaar, waarin leidingen van ten minste drie afzonderlijke circuits, waarvan een of meer warmte-opnamecircuits en een of meer warmteafgiftecircuits met 20 elkaar en elkaar althans gedeeltelijk omgevend in een warmteuitwisselingscontact staan.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening. In deze tekening toont: 25 Fig. 1 op schematische wijze een uitvoeringsvoorbeeld van een verwarmingsinstallatie met twee warmteopname-circuits en drie warmteafgiftecircuits;

Fig. 2 een drager, gebruikt bij de vervaardiging van een warmtewisselaar in een eerste uitvoeringsvorm; 30 Fig. 3' een gedeeltelijke doorsnede van deze drager voor een warmtewisselaar met vier leidingen;

Fig. 4 een gedeeltelijke doorsnede van een warmtewisselaar met vijf leidingen, vervaardigd op een desbetreffende wikkelrol in een wikkelmachine; 35 Fig. 5 een vergroot weergegeven fragment uit fig. 3; en 1 01 434 41 5

Fig. 6 een doorsnede van een door extrusie verkregen buis voor een warmtewisselaar met vier leidingen.

In fig. 1 zijn de hoofdonderdelen van een 5 verwarmingsinstallatie schematisch weergegeven, alsmede de onderlinge verbindingen daarvan. De installatie omvat een warmwaterboiler 1 en een tweetal gesloten koudemiddelcircuits 2 en 3, in welke circuits achtereenvolgens zijn opgenomen een compressor 4, 10 respectievelijk 5, een deel van een warmtewisselaar 6 uitmakende primaire condensorleiding 7, respectievelijk 8, een expansieventiel 9, respectievelijk 10, en een deel van een warmtewisselaar 11 uitmakende primaire verdamperleiding 12, respectievelijk 13. Het koudemiddelcircuit 2 dient voor 15 het afstaan van warmte over een lager temperatuurtraject, bijvoorbeeld tot ongeveer 45°C, en het koudemiddelcircuit 3 voor het afstaan van warmte over een verder omhooggaand temperatuurtraject, bijvoorbeeld tot ongeveer 60°.

De warmtewisselaar 6 omvat voorts een primaire 20 condensorleiding 14 welk deel uitmaakt van een zonnepaneel-circuit 15. In het zonnepaneelcircuit 15 zijn achtereenvolgens opgenomen een leegloopvat 16, waarin zich een door middel van een zonnepaneel 17 door zonnestraling verwarmde watervoorraad kan bevinden, een pomp 18, en de genoemde 25 condensorleiding 14. De beide koudemiddelcircuits 2, 3 en het zonnepaneelcircuit 15 vormen een drietal afzonderlijke, volledig van elkaar gescheiden warmteafgiftecircuits.

Een eerste secundaire stromingsleiding 19 door de warmtewisselaar 6 maakt deel uit van een warmteopname-30 circuit 20 dat op de boiler 1 is aangesloten en waarin een tapwatercirculatiepomp 21 is opgenomen.

Een tweede secundaire stromingsleiding 22 door de warmtewisselaar 6 maakt deel uit van een circuit 23 dat dient voor verwarming of koeling van een woning of ander 35 bouwwerk. Het circuit 23 heeft een aanvoerpoort CA en een retourpoort CR. De poorten CA, respectievelijk CR zijn door i 01 43 4 4* 6 middel van een klepschakelaar 24 aangesloten op de retourpoort VR en de aanvoerpoort VA van een in, tegen of naast de vloer en/of de wand van een woning of bouwwerk aangebracht afgiftesysteem voor verwarming en/of koeling 5 25. In het circuit 23 is een circulatiepomp 26 opgenomen.

Een secundaire stromingsleiding 27 door de warmtewisselaar 11 maakt deel uit van een circuit 28 dat door een warmte-accumulator loopt. Het circuit 28 heeft een aanvoerpoort VDA en een afvoer- of retourpoort VDR. De 10 poorten VDA, respectievelijk VDR zijn door middel van de klepschakelaar 24 aangesloten op de retourpoort GR, respectievelijk de aanvoerpoort GA van een bodemwisselaar 29. In het circuit 28 is een circulatiepomp 30 opgenomen.

De bodemwisselaar 29 wordt, bij een warmtepompsysteem voor 15 een normale woning, gevormd door een lange diep in de bodem gebrachte circulatiebuis van enkele honderden meters; de aanliggende grond dient daarbij als warmte-accumulator.

Naar en van de boiler lopen verder nog een water toevoer- en afvoerleiding, welke voor de uitvinding verder 20 niet van belang zijn.

De warmtewisselaar 6 omvat derhalve vijf in een warmteuitwisselingscontact staande leidingen: twee warmteopnamecircuits 19, 22 en drie warmteafgifte circuits 7, 8, 14. De warmte wisselaar 11 omvat drie in een 25 warmteuitwisselingscontact staande leidingen: twee warmteopnameleidingen 12, 13 en één warmteafgifteleiding 27 .

De werking van het tot dusverre beschreven systeem is volgt: 30 Het in de bodemwisselaar 29 aanwezige relatief warme water wordt door de circulatiepomp 30 door de secundaire stromingsleiding 27 van de warmtewisselaar 11 gevoerd, waarbij in deze warmtewisselaar aan de stromingsleiding 26 de nodige verdampingswarmte wordt onttrokken ten einde het 35 in de koudemiddelcircuits 2, 3 circulerende koudemiddel te verdampen. In de warmtewisselaar 6 wordt het door i ^ . 'V w -,· ' 4*^1' 7 compressoren 4, 5 onder druk gebrachte en daarbij tot relatief hoge temperatuur verwarmde gas afgekoeld en weer in vloeibare toestand gebracht, waarbij de geleverde condensatiewarmte wordt afgegeven aan de secundaire 5 stromingsleidingen 19 en 22 om vervolgens door middel van de circulatiepompen 21, respectievelijk 26 naar de boiler en in het afgiftesysteem 25 te worden gepompt om het water in de boiler 1, respectievelijk in het afgiftesysteem 25 te verwarmen.

10 Wanneer de poorten CA en CR worden aangesloten op de poorten GR, respectievelijk GA, dan wordt de secundaire stromingsleiding 22 van de warmtewisselaar 6 verbonden met de bodemwisselaar 29. In dat geval zullen de poorten VDR en VDA worden aangesloten op de poorten VA, respectievelijk VR 15 en functioneert de verwarmingsinstallatie in de bedrijfs-stand "koelen". In de warmtewisselaar 6 wordt de verdampingswarmte voor het koelmiddel dan onttrokken aan het afgiftesysteem 25, terwijl de in de warmtewisselaar 6 aan het secundaire circuit 23 afgegeven warmte in de 20 bodemwisselaar 29 wordt opgeslagen.

De hier beschreven wijze van omschakelen van de genoemde poorten in de klepschakelaar is op zich uitvoerig beschreven in de Europese octrooiaanvrage nr. 99201591.7, waarvan de beschrijving als hierbij ingesloten dient te 25 worden beschouwd. In deze Europese octrooiaanvrage is eveneens een zonnepaneelcircuit beschreven, doch parallel geschakeld aan het, het afgiftesysteem omvattende warmte-opnamecircuit. Door de specifieke uitvoering van de warmtewisselaars 6 en 11 kunnen nu echter het zonnepaneelcircuit 30 15 en het warmteopnamecircuit 28 volledig gescheiden worden uitgevoerd.

In de warmtewisselaar 6 staan, zoals reeds is vermeld, vijf leidingen met elkaar in warmteuitwisseling, terwijl in de warmtewisselaar 11 drie leidingen in warmte-35 uitwisseling met elkaar staan.

1 01 43 4 4¾ 8

Om een dergelijk warmteuitwisseling mogelijk te maken is de warmteuitwisselaar in een eerste uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding gewikkeld om een cilindrische drager 31, die, zoals is weergegeven in fig. 2 wordt 5 gevormd door flenzen 32 en 33, welke met elkaar worden verbonden door een aantal haaks omgebogen verbindingsstangen 34 en wel zodanig dat zij een cilindrische kooiconstructie vormen. Om deze stangen is in dit uitvoeringsvoorbeeld een drietal helisch gewikkelde 10 ondersteuningsdraden 35 gesoldeerd, gelast of anderzins vast bevestigd. Deze uitvoeringsvorm is voorts gedeeltelijk weergegeven in de figuren 3 en 5. In figuur 3 is ter wille van de duidelijkheid slechts een halve doorsnede door de drager met de hieromheen aangebrachte leidingen van de 15 warmtewisselaar weergegeven. Figuur 5 toont hiervan een detail. In de uitvoeringsvorm van de figuren 3 en 5 zijn vier helische wikkelingen van leidingen om de drager 31 aangebracht, bijvoorbeeld voor de leidingen 7, 14, 19 en 22 in figuur 1. De spoed waarmee de ondersteuningsdraden 35 20 zijn gewikkeld komt overeen met de spoed waarmee de leidingen zijn gewikkeld. In dit uitvoeringsvoorbeeld is deze spoed gelijk aan drie maal de diameter van de leidingen.

De in fig. 4 weergegeven uitvoeringsvorm is 25 vervaardigd op een wikkelrol in een wikkelmachine. Hier ontbreken derhalve de drsger met de ondersteuningsdraden.

De gebruikte wikkelrol is daarentegen voorzien van helisch gevormde uithollingen waarin de leidingen passen, zodat toch een nauwkeurig wikkelen van de leidingen mogelijk 30 wordt. In deze uitvoeringsvorm zijn vijf van dergelijke leidingen aangebracht, bijvoorbeeld de leidingen 7, 8, 14, 19 en 22.

De leidingen zijn in meerdere lagen over elkaar aangebracht en vormen als zodanig een leidingen pakket. De 35 lagen zijn zodanig over elkaar aangebracht dat elke leiding in een volgende laag in hoofdzaak schuin wordt ondersteund tA r ~ r ' i 9 door twee onderliggende leidingen, dat wil zeggen dat ze over een halve diameter ten opzichte van elkaar zijn versprongen. In de figuren 3-5 is de leiding aangeduide met "CV", de leiding 7 met "KI", de leiding 8 met "K2", de 5 leiding 22 met "B" en de leiding 14 met "Z".

De leidingen zijn hier van koper, terwijl de ruimten tussen de leidingen althans gedeeltelijk is gevuld met in deze ruimten gewikkeld koperdraad 36 en een metallische verbinding, zoals soldeer. Het leidingenpakket vormt 10 hierdoor een compact geheel waarmee een efficiënte warmteoverdracht tussen de leidingen gewaarborgd is.

In een tweede uitvoeringsvorm omvatten een warmtewisselaar een door extrusie verkregen pijp, waardoorheen een aantal holle ruimten voor een warmteopnamemedium en een 15 warmteafgiftemedium lopen. In figuur 6 is een dergelijke pijp 37 in doorsnede weergegeven. In dit uitvoerings-voorbeeld zijn in de pijp holle ruimten 38 voor een CV-leiding aangegeven, holle ruimten 39 voor een tapwaterleiding, een holle leiding 40 voor een 20 zonnepaneelleiding 40, terwijl de tussen gelegen ruimten 41 worden gebruikt voor een koudemiddel.

De uitvinding is niet beperkt tot de hier aan de hand van de figuren beschreven uitvoeringsvoorbeelden, doch omvat allerlei modificaties hierop, uiteraard voor zover 25 deze vallen binnen de beschermingsomvang van de hiernavolgende conclusies.

1 01 43 4 4·ί

Claims (14)

1. Verwarmingsinstallatie, in het bijzonder voor woningen utiliteitsbouw, waarin leidingen van ten minste vier afzonderlijke circuits, waaronder een of meer warmte-opnamecircuits en een of meer warmteafgiftecircuits, in een 5 meervoudige warmtewisselaar met elkaar en elkaar althans gedeeltelijk omgevend in een warmteuitwisselingscontact staan.

2. Verwarmingsinstallatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze is voorzien van twee afzonderlijke 10 warmteopnamecircuits, zoals een tapwatercircuit en een CV-circuit, en ten minste twee afzonderlijke warmteafgiftecircuits, zoals een zonnepaneelcircuit en een koudemiddel-circuit, waarbij leidingen van de twee warmteopnamecircuits en leidingen van de ten minste twee warmteafgiftecircuits 15 met elkaar zijn gekoppeld in een meervoudige warmtewisselaar waarin de genoemde leidingen, elkaar althans gedeeltelijk omgevend, in een warmteuitwisselingscontact staan.

3. Verwarmingsinstallatie volgens conclusie 2, met het 20 kenmerk, dat een tapwatercircuit met een boiler, een CV- circuit en twee koudemiddelcircuits aanwezig zijn, waarvan het ene koudemiddelcircuit geschikt is voor het opwarmen van water in de boiler en/of de CV over een lager temperatuurtraject, bijvoorbeeld tot ongeveer 45°C, en het 25 andere koudecircuit voor het opwarmen van water in de boiler over een verder omhooggaand temperatuurtraject, bijvoorbeeld tot ongeveer 60°C.

4. Verwarmingsinstallatie volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een tweede meervoudige warmtewisselaar 30 aanwezig is, waarin leidingen van de daarin alsdan door de koudemiddelcircuits gevormde warmteopnamecircuits en een leiding van een, door een warmte-accumulator gaand warmte- y* ·· ' ·' ' 1 · , i » ( afgiftecircuit met elkaar en elkaar althans gedeeltelijk omgevend in een warmteuitwisselingscontact staan.

5. Verwarmingsinstallatie volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de meervoudige warmte-5 wisselaar een door de genoemde leidingen gevormd pakket omvat, waarin de leidingen in meerdere lagen zijn aangebracht, een gelijke diameter hebben en, gezien in een dwarsdoorsnede, laagsgewijs over een halve diameter ten opzichte van elkaar zijn versprongen.

6. Verwarmingsinstallatie volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de leidingen helisch gewikkeld zijn en de spoed waarmee elk van de leidingen is gewikkeld overeenkomt met n maal de leidingdiameter.

7. Verwarmingsinstallatie volgens conclusie 5 of 6, met 15 het kenmerk, dat de leidingen van metaal, in het bijzonder koper, zijn en de ruimte tussen de leidingen althans gedeeltelijk is gevuld met metaaldraad, in het bijzonder koperdraad, en/of een metallisch verbindingsmiddel, zoals soldeer soldeer.

8. Verwarmingsinstallatie volgens een van de conclusies 5-7, met het kenmerk, dat de leidingen bij het vervaardigen van de warmtewisselaar worden gewikkeld om een drager, die is voorzien van een of meer helisch gewikkelde ondersteuningsdraden met een spoed die overeenkomt met de 25 spoed van de leidingen in de te vervaardigen warmtewisselaar, terwijl de diameter van deze ondersteuningsdraad of -draden zodanig is, dat de eerste laag van de te wikkelen leidingen slechts ondersteund wordt door de ondersteuningsdraad of -draden.

9. Verwarmingsinstallatie volgens conclusies 8, met het kenmerk, dat de drager zodanig is uitgevoerd dat deze, na het vervaardigen van het leidingenpakket desgewenst kan worden verwijderd.

10. Verwarminsinstallatie volgens een van de conclusies 5-35 7, met het kenmerk, dat de leidingen bij het vervaardigen van de warmtewisselaar worden gewikkeld om een wikkelrol 1 0 1 43 4 4*«» van een wikkelmachine, van welke wikkelrol het oppervlak is voorzien van helisch gevormde uithollingen waarin de te wikkelen leidingen passen.

11. Verwarmingsinstallatie volgens conclusie 1, 2 of 3, 5 met het kenmerk, dat de meervoudige warmtewisselaar een door extrusie verkregen pijp omvat, waardoorheen twee holle ruimten voor een warmteopnamemedium en ten minste twee holle ruimten voor een warmteafgiftemedium lopen.

12. Meervoudige warmtewisselaar, waarin leidingen van ten 10 minste vier afzonderlijke circuits, waaronder een of meer warmteopnamecircuits en een of meer warmteafgiftecircuits, met elkaar en elkaar althans gedeeltelijk omgevend in een warmteuitwisselingscontact staan.

13. Meervoudige warmtewisselaar volgens conclusie 12 met 15 het kenmerk, dat deze een door de genoemde leidingen gevormd pakket omvat, waarin de leidingen in meerdere lagen zijn aangebracht, een gelijke diameter hebben en, gezien in een dwarsdoorsnede, laagsgewijs over een halve diameter ten opzichte van elkaar zijn versprongen.

14. Meervoudige warmtewisselaar volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat deze een door extrusie verkregen pijp omvat, waardoorheen twee holle ruimten voor een warmteopnamemedium en ten minste twee holle ruimten voor een warmteafgiftemedium lopen. ' ' ' f ^ /; /.