NL8104824A - Verwarmingsinrichting voor ruimteverwarming en aftapwaterverwarming. - Google Patents

Description

κ -1-

Verwarmingsinrichting voor ruimteverwarming en aftap-waterverwarming

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmingsinrichting voor ruimteverwarming en aftapwaterverwarming door een-zelfde verwarmend medium, met een regelaar, die de stroom van het verwarmingsmedium naar een ruimteverwarmingsinrichting ver-5 mindert resp. vermeerdert wanneer een observeerorgaan een gro-tere resp. geringere behoefte aan tapwaterwarmte signaleert, en met een warmtewisselaar tussen verwarmingsmedium en tapwa-ter, welk observeerorgaan daartoe de temperatuur observeert van een wand, die met het koude water in de toevoer van de 10 warmtewisselaar in direkte warmtewisselende verbinding staat en op een plaats ligt waar hij door het verwarmingsmedium wordt verwarmd.

Een dergelijke inrichting is in allerlei uitvoeringen be-kend. Zo is uit de Nederlandse octrooiaanvrage 297.384 zulk 15 een inrichting bekend, waarbij een doorstroomboiler voor aftap-waterverwarming op een ketel is aangesloten via open aan- en afvoeraansluitingen, waarbij het observeerorgaan zo op die boiler staat, dat het bij niet-aftappen van water door de warmtegeleiding vanuit de boiler wordt verwarmd. Dat observeer-20 orgaan bedient een circulatieklep in het ruimteverwarmingssys-teem, zodat bij warmwateraftap de verbinding van het ruimte-verwarmingssysteem met de ketel wordt verbroken en in dat sys-teem een circulatie in stand kan blijven.

De uitvinding beoogt zulke bekende inrichtingen te verbe-25 teren zodanig dat ook bij uitvoering op kleine schaal een hoog rendement bereikbaar is bij een goedkope uitvoering.

Hiertoe is een inrichting als in de aanhef bedoeld vol-gens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat die wand ook en wel anderzijds in direkte warmtewisselende verbinding staat 30 met het verwarmingsmedium op een plaats in de baan daarvan, zodanig dat het daarlangs stroomt wanneer het naar de warmtewisselaar voor de aftapwaterverwarming stroomt, en dat die regelaar de toevoer van verwarmingsmedium naar de warmtewisselaar voor de aftapverwarming opent bij lagere en sluit bij 35 hogere temperatuur van genoemde wand.

8104824 -2-

De inrichting volgensde uitvinding is klein van afmetingen, heeft, met de afmetingen samenhangend , lage isolatieverliezen en daardoor een hoog rendement, terwijl de warmtewisselaar met voordeel zo kan worden uitgevoerd dat bij het belangrijkste, 5 op grotere afstand gelegen tappunt, onmiddellijk warm tapwater van de juiste temperatuur beschikbaar is.

De regelaar belnvloedt daarbij veel direkter de stroming van verwarmingsmedium naar de aftapverwarming en doordat de regelaar de temperatuur van bedoelde wand, waarlangs 10 het verwarmingsmedium stroomt. als het het aftapwater verwarmt, constant tracht te houden, is het mogelijk de temperatuur van het tapwater binnen wijde grenzen vrijwel onafhankelijk van de hoeveelheid tapwater en van de temperatuur van het verwarmingsmedium constant te houden.

15 De uitvinding betreft verder een nadere uitwerking van dit principe, zowel voor inrichtingen met eigen warmtebron (ketel) als voor inrichtingen, aangesloten op stadsverwarming, zoals zal blijken uit de navolgende beschrijving van enkele in bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden van 20 (delen van) een inrichting volgens de uitvinding.

In die tekeningen is:

Fig. 1 een schema van een inrichting volgens de uitvinding in een de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm;

Fig. 2 een doorsnede door de regelaar, gebruikt in deze in-25 richting, volgens de lijn II - II in Fig. 3;

Fig. 3 een doorsnede van deze regelaar volgens de lijn III -III in Fig. 2; en

Fig. 4 een mogelijke uitvoering van een warmtewisselaar voor de aftapwaterverwarming; terwijl 30 Fig. 5, 6 en 7 mogelijke vormen van de buis resp. het buizen-stelsel voor deze warmtewisselaar geven.

De inrichting van Fig. 1 omvat. een verwarmingsketel 1, een ruimteverwarmingsinrichting 2 zoals een stel radiatoren, een warmtewisselaar 3 voor aftapwaterverwarming en aftappunten, 35 waarvan er een is getekend en met 4- aangeduid. Een regelaar 5 is opgenomen in de leiding 6, waardoor het verwarmende medium uit de ketel 1 komt. De regelaar verbindt die leiding 6 met een leiding 7 naar de inrichting 2 of met een leiding 8 naar de aftapwarmtewisselaar 3. Een retourleiding 9 brengt het kO medium uit inrichting 2 of warmtewisselaar 3 in de ketel terug, 8104824 -3- waartoe wisselaar 3 door terugvoerleiding 12 op leading 9 is aangesloten.

Aftapwater komt bij 10 binnen en wordt door regelaar 5 naar leiding 11 geleid en door warmtewisselaar 3 naar de aftap-5 punten zoals 4·. Met 13 is gestreept een warmtewisselaar in de retourleiding 12 aangeduid, waarin het door 10 binnenkomende aftapwater voorverwarmd kan worden door de retourstroom van het verwarmingsmedium. Dit komt vooral in aanmerking wanneer niet een ketel 1 als warmtebron wordt gebruikt, maar een uit-10 wendige bron zoals bij stadsverwarming, waarbij belangrijk is en vaak gee 1st wordt dat de retourstroom een lage temperatuur heeft. De ketel 1 is dan dus vervangen door een toevoerleiding 15, die van buiten verwarmend medium bij hoge temperatuur toe-voert, en een retourleiding 16, die dit medium na het onttrek-15 ken van een deel van de warmte hieruit. terugvoert.

Thans zal de regelaar 5 aan de hand van Fig. 2 en 3 na-der worden beschreven. Een as 17 is in geschikte geleidingen in het huis van de regelaar gelagerd ter axiale beweging daar-in en deze as draagt een kleplichaam 18, beweegbaar tussen een 20 bovenzitting 19 en een onderzitting 20. Op een aansluiting 21 wordt de leiding 6 (Fig. 1) aangesloten, die verwarmend medium uit de ketel toevoert. Die aansluiting geeft verbinding met een doorvoer naar leiding 7 naar de ruimteverwarmingsinrichting 2 langs de zitting 19 en door ruimte 22 en met een doorvoer 25 naar leiding 11 voor de aftapverwarming (wisselaar 3) langs zitting 20 en door ruimte 23.

In de ruimte 23 bevindt zich een buisvormig lichaam 24, dat met afdichtringen 25 in houderringen 26 van warmteisolerend materiaal is opgenomen, bijv. van een harde temperatuurbesten-30 dige kunststof, porcelein of dergelijke, die afdichtend in het huis van de regelaar 5 zijn opgenomen. Dit lichaam kan, als getekend, als een eenvoudig kort buisje, bijv. van een koper-legering, zijn uitgevoerd.

Het inwendige van het buisvormige lichaam 24 staat. via 35 een aansluiting 27 in verbinding met leiding 10, die het koude tapwater toevoert. Stroomt dit tapwater door het buisje 24, dan kan het het huis van de regelaar verlaten bij 28 (Fig. 3), naar de leiding 11, die naar de warmtewisselaar 3 voert.

Blijkens Fig. 3 is het buisvormige lichaam 24 voorzien 40 van een temperatuursensor 29, opgenomen in een thermisch t.o.v.

8104824 -4- het huis van de regelaar isolerend buisje, zodanig, dat ook een mediumdichte doorvoer van een met de sensor verbonden sig-naalleiding door de wand van het huis wordt verkregen. Boven het huis, gezien in Fig. 2, is een regelversterker aangebracht, 5 met een aandrijfmotor voor de as 17, die bediend wordt afhan-kelijk van de signalen van bedoelde sensor, waarbij een over-belastingsbeveiliging op basis van signalering of het klep-lichaam 18 een van zijn zittingen heeft bereikt kan worden toegepast. Zulke regelversterkers zijn bekend en in de handel 10 verkrijgbaar.

Een gestreept weergegeven omloopleiding 14 als nog nader te beschrijven kan tussen de leidingen 7 en 9 zijn aangebracht.

De werking van deze inrichting is als volgt:

Als geen warm aftapwater wordt gevraagd, zal de ketel 1 de 15 ruimteverwarming 2 op de normale wijze van verwarmingsmedium voorzien door leiding 6 en regelaar 5, waarin dan het klep-lichaam 18 in de onderste stand in Fig. 2 op zitting 20 staat, zodat het bij 21 binnenstromende medium de regelaar door 22 naar leiding 7 verlaat. Door retourleiding 9 keert het afge-20 koelde medium naar de ketel terug. Bij stadsverwarming komt dit verwarmende medium door 15 binnen en stroomt het, afge-koeld, door 16 terug. Het hele huis van de regelaar 5 is nu warm en het warme verwarmingsmedium, dat in een eerder stadium voor aftapverwarming door zitting 20 naar de ruimte 23 is ge-25 stroomd, en het eerst koude aftapwater in het buisje 24, zijn bij voldoende lange stilstand eveneens ongeveer op de tempera-tuur van het huis 5 gekomen. Is echter geruime tijd geen ruimteverwarming en geen aftapwater gevraagd, dan is de situatie anders, zoals nog te beschrijven.

30 Wanneer nu warm aftapwater wordt gevraagd, bijvoorbeeld door het openen van een kraan 4, stroomt koud aftapwater door leiding 10, aansluiting 27 en buisvormig lichaam 24 via 28 naar de warmtewisselaar 3. De temperatuur van de wand van het buisvormige lichaam 24 daalt dus sterk en sensor 29 observeert 35 dit en geeft een signaal aan de regelversterker, die de motor op de regelaar stang 17 doet verplaatsen, zodat kleplichaam 18 naar boven naar de in Fig. 2 getekende stand beweegt. Het verwarmingsmedium stroomt nu niet of slechts gedeeltelijk naar de ruimteverwarmingsmiddelen 2, maar al of niet gedeeltelijk 40 naar warmtewisselaar 3 om het koude aftapwater te verwarmen, 8104824 -5- en vandaar door leiding 12 naar leiding 9 en aldus terug naar de ketel 1 (of naar retourleiding 16 voor de stadsverwarming). De afstand tussen de isolerende rlngen 26 en de ruimte 23 ter plaatse om dat buisvormige lichaam zijn zo gekozen ten opzichte 5 van de binnendiameter van het buisvormige lichaam 2k, dat de oppervlakten van de doostroomopen ingen voor verwarmingsmedium en tapwater een bepaalde verhouding tot elkaar hebben. Die verhouding wordt zodanig gekozen dat de stroomsnelheden van verwarmingsmedium en tapwater gelijk zijn bij de gemiddelde in-10 gangstemperatuur van het verwarmingsmedium en die van het (koude) leidingwater en bij de gewenste eindtemperatuur van het tapwater (die ongeveer gelijk is aan de temperatuur die het verwarmingsmedium aan het einde van de wisselaar 3 heeft).

De regelversterker is zodanig uitgevoerd, dat hij een 15 vast ingestelde temperatuur van het buisvormige lichaam 2k tracht te handhaven door de opening tussen het kleplichaam 18 en de zitting 20 groter of kleiner te maken. De warmtestroom van het verwarmingsmedium via de wand van het buisvormige lichaam 2k naar het (nog koude) tapwater, en daarmee de tempe-20 ratuur van het buisvormig lichaam 2k, die gemeten wordt door de temperatuursensor 29, wordt bepaald door de stroomsnelheid van het verwarmingsmedium en die van het koude tapwater, door de temperatuur van resp. verwarmingsmedium en tapwater en door de oppervlakken van het buisvormig lichaam 2k die in aan-25 raking komen met het verwarmingsmedium resp. het tapwater. De verhouding tussen de beide genoemde oppervlakken wordt zodanig gekozen dat de eindtemperatuur van het tapwater binnen wijde grenzen voor het onderhavige doel voldoende constant blijft.

De inrichting is ongevoelig voor drukvariaties in verwarmings-30 medium en tapwater omdat alleen de stroomsnelheid in en om het buisvormig lichaam 2k invloed heeft.

Een snelheidsvariatie door drukverschillen bijv. langs de zitting 20 wordt gecompenseerd door een andere instelling van kleplichaam 18. Zodra het aftappen van tapwater uit kraan 35 k verandert of stopt zal de snelheid van het tapwater in het buisvormige lichaam 2k ook veranderen of nul worden, waardoor de temperatuur gemeten door sensor 29 verandert en de ope- wordt ning tussen kleplichaam 18 en zitting veranderd V .: of geheel gesloten wordt.

kO Thans zal, vooral onder verwijzing naar Fig. k, 5, 6 en 7 8104824 -fide warmtewisselaar 3 worden beschreven. Zoals reeds enigszins blijkt uit Fig. 1, kan zulk een warmtewisselaar zijn uitgevoerd als een lange dubbelwandige buis, die bij voorkeur dichtbij een der aftappunten (hier 4-) eindigt. Men kan aldus veel ruimte 5 sparen, hoewel uiteraard een retourleiding 12 naar 9 moet worden toegepast, maar die kan bij gunstig verloop van wisselaar 3 en retourleiding 9 zeer kort zijn. De warmtewisselaar 3 moet natuurlijk een uitwendige isolatie (30) hebben, maar het totaal kan vrij dun blijven. Is het belangrijkste aftappunt zo dicht 10 bij de regelaar 5 aangebracht, dat de kortste afstand daartus-sen korter is dan de meest gewenste lengte van de wisselaar 3, als buis uitgevoerd, dan kan men deze buis over enige afstand of over de totale afstand zigzagsgewijze laten verlopen, d.w.z. ten dele op zichzelf terugvouwen, met enige isolatie daartus-15 sen, zoals Fig. 4- toont. Bij voorkeur liggen de drie buistak-ken dan echter niet in eenzelfde vlak maar in een driehoeks-patroon om de buitendiameter kleiner te houden.

Bij toepassing van een warmtewisselaar 13 kan men deze met warmtewisselaar 3 samenbouwen als twee dubbelwandige bui-20 zen naast elkaar binnen dezelfde isolatie, met de toevoeren 8 en 11, de aansluiting 10 van tapwater naar de regelaar en de retourafvoer 12 aan het einde van dit geheel nabij de regelaar 5 en met de toevoer van koud tapwater in leiding 10, de afvoer 4- van warm tapwater en een doorverbinding voor het ver-25 warmingsmedium aan het andere einde.

0m de binnenbuis op de gewenste afstand van de buiten-buis te houden toont Fig. 5 hoe de buitenbuis plaatselijk in-geknepen kan zijn om de binnenbuis te raken en dus te steunen, wat bijv. met een eenvoudige tang op regelmatige afstanden, 30 bijv. van 30 cm, kan worden toegepast. Er zou ook een schroef-lijnvormig verlopende draad bijv. van metaal tussen de binnen-en buitenbuis kunnen zijn aangebracht.

Fig. 6 toont een geribde buis, waarop de ribben rechtdoor of schroef]ijnvormig kunnen verlopen. Een gladde buis kan daar-35 buiten worden aangebracht om de warmtewisselaar uit een dubbelwandige buis te vormen.

Fig. 7 toont een dubbelwandige buis, als een geheel ge-maakt met ruggen 31 voor het verbinden van binnen- en buitenbuis. Deze buis kan als binnenbuis worden toegepast, waardoor 4-0 een vrijwel volledige "dubbele barriere" ontstaat tussen tap- 8104824 -7- water en (mogelijk vervuild) verwarmingsmedium.

Warmtewisselaars volgens Fig. 5 en daarvan afgeleide con-structies kunnen vrij gemakkelijk op h.et werk worden gebogen.

Ter verdere toelichting moge het volgende dienen: wanneer 5 een warmtewisselaar 13 wordt toegepast, moet de hoeveelheid verwarmingsmedium kleiner zijn en worden de inwendige afme-tingen van de regelaar aangepast.

Veelal heeft de ketel op bekende wijze een eigen retour-(omloop-)leiding om de circulatie in stand te houden, en nor-10 maal ook een circulatiepomp. Men kan in plaats daarvan een om-loopleiding 14 toepassen, of een omloopleiding voor elke radiator of dergelijke. Hierdoor wordt de regelaar 5 en daardoor het buisvormige lichaam 24 op een hogere temperatuur gehouden waardoor het kleplichaam 18 op de zitting 20 gedrukt blijft.

15 Tegenwoordig wordt een circulatiepomp als bedoeld in pe- rioden, waarin geen ruimteverwarming nodig is, vaak afgescha-keld. Men moet deze pomp dan inschakelen als tapwater wordt gevraagd en het signaal hiervoor kan aan de regelaar 5 worden ontleend, bijv. doordat het bekrachtigen van de motor van de 20 regelaar om de klep 18 van zitting 20 te heffen een betreffend signaal geeft. Komt de klep 18 weer op zitting 20, dan kan men hieraan (d.w.z. bij voorkeur ook aan de motor van de regelaar) een signaal ontlenen om de pomp, bij voorkeur vertraagd, te stoppen .

25 Daar het buisvormige lichaam 24 in zulke perioden telkens zo koud wordt, dat. de klep 18 van zitting 20 wordt geheven, zal aldus telkens enig verwarmingsmedium naar de wisselaar 3 stromen al wordt geen aftapwater afgenomen.

Men kan, speciaal als de pomp niet wordt uitgeschakeld, 30 ook constant enig lekverlies door de klep 18 langs zitting 20 toelaten. De zo in regelaar 3 gebrachte warmte compenseert de isolatieverliezen.

Bij ketels,die telkens aan en af slaan, bijv. bestuurd door een kamerthermostaat, kan het even duren voordat het tap-35 water voldoende wordt verwarmd, maar ook daarbij kan het sys-teem overigens met succes worden toegepast.

Het is de bedoeling dat in perioden waarin geen warm water getapt wordt, de wisselaar 3 de eindtemperatuur van het tapwater aanneemt. Dat kan, zonder rekening te houden met iso-40 latieverliezen, door het volume van het tapwater en dat van 8104824

V

-8- het verwarmingsmedium in de wisselaar 3 juist te kiezen, m.a.w. door de goede buisdiameters te gebruiken.

De isloatieverliezen dienen gecompenseerd te worden door extra toevoer van verwarmingsmedium, zoals is aangegeven. Een 5 fraaiere oplossing bestaat uiteraard daarin, dat de temperatuur van de wisselaar 3 op een gunstige plaats gemeten wordt en dat er bij een afwijkende (lagere) temperatuur een signaal naar de regelaar 5 gegeven wordt om verwarmingsmedium naar de wisselaar 3 te laten stromen, zonder dat tapwater afgenomen 10 wordt. In de regelversterker is, na een aanpassing, dit tweede signaal, naast dat van temperatuursensor 29, gemakkelijk te verwerken. Op deze wijze kan de temperatuur van de wisselaar 3 in perioden waarin geen tapwater wordt afgenomen, veel beter constant worden gehouden dan met de beschreven methode die 15 een van omstandigheden afhankelijke hoeveelheid verwarmingsmedium toevoert.

8104824

Claims (14)

1. Verwarmingsinrichting voor ruimteverwarming en aftap-waterverwarming door eenzelfde verwarmend medium, met een re-gelaar, die de stroom van het verwarmingsmedium naar een ruim-teverwarmingsinrichting vermindert resp. vermeerdert wanneer 5 een observeerorgaan een grotere resp. geringere behoefte aan tapwaterwarmte signaleert, en met een warmtewisselaar tussen verwarmingsmedium en tapwater, welk observeerorgaan daartoe de temperatuur observeert van een wand, die met het koude water in de toevoer van de warmtewisselaar in direkte warmte-10 wisselende verbinding staat en op een plaats ligt waar hij door het verwarmingsmedium wordt verwarmd, met het k e n m e r k, dat die wand ook en wel anderzijds in direkte warmtewisselende verbinding staat met het verwarmingsmedium op een plaats in de baan daarvan, zodanig dat het daarlangs 15 stroomt wanneer het naar de warmtewisselaar voor de aftapwa-terverwarming stroomt, en dat die regelaar de toevoer van verwarmingsmedium naar de warmtewisselaar voor de aftapverwarming opent bij lagere en sluit bij hogere temperatuur van genoemde wand .

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het ken- m e r k, dat die wand een kort buisje is, in- en uitwendig omstroomd door de genoemde media.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het ken-m e r k, dat dat buisje via warmteisolerende ondersteuningen 25 in zijn huis is ondersteund.

4·. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het k e n m e r k, dat de doortochten, waardoor het verwarmingsmedium en het tapwater langs het buisje stromen, zo zijn geko-zen dat de snelheden der media die ter weerszijden langs dat 30 buisje stromen, ongeveer gelijk zijn.

5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aftapverwarmings-warmte-wisselaar een gelijkstroomwisselaar is.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, 35 met het kenmerk, dat de aftapverwarmings-warmte-wisselaar als een lange, eventueel schroef- en/of spiraalvor- 8104824 * . 4 -10- mig gewikkelde dubbelwandige buis is uitgevoerd.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de buis nabij een tappunt eindigt, vanwaar het verwarmende medium terugstroomt naar een warmtebron.

8. Inrichting volgens conclusie 6 en eventueel 7, met het kenmerk, dat de aftapverwarmings-warmtewisselaar middelen heeft om de binnenste buis op de buitenste te steunen.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de buitenste buis plaatselijk uit de cilindrische 10 doorsnedevorm is ingeknepen tot in aanraking of vrijwel in aanraking met de binnenste buis.

10. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met een circulatiepomp in het verwarmingssysteem, en met middelen om deze uit te schakelen wanneer althans geruime tijd 15 geen ruimteverwarming nodig is, met het kenmerk, dat observatiemiddelen zijn aangebracht, die bij het consta-teren van het afnemen van tapwater, deze circulatiepomp inscha-kelen en die deze, bij voorkeur vertraagd, stoppen wanneer geen tapwater meer wordt afgenomen.

11. Inrichting volgens conclusie 2 en 10, met het kenmerk, dat die observatiemiddelen het openen en slui-ten van de afsluiter in de toevoer van verwarmingsmedium naar de aftapverwarmings-warmtewisselaar observeren.

12. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 25 voor stadsverwarming, d.w.z. met een van buiten komend stro-mend verwarmd medium als warmtebron, met het kenmerk, dat in de stroming daarvan voorbij de regelaar ter verwarming van aftapwater stroomafwaarts van de warmtewisse-laar voor die aftapwaterverwarming een warmtewisselaar is op- 30 genomen, waarin dit medium warmte uitwisselt met het binnen-komende koude aftapwater op zijn weg naar de regelaar.

13. Inrichting volgens conclusie 7 en 12, met het kenmerk, dat ook die warmtewisselaar voor het binnen-komende aftapwater als een lange dubbelwandige buis is uitge- 35 voerd. 8104824 A « -11- 1 ίμ. Inrichting volgens conclusie 13, met h e t k e n m e r k, dat die warmtewisselaars voor het tapwater zijn samengebouwd tot een constructieve eenheid met de buizen naast elkander in een gemeenschappelijke isolatie.

15. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de regelaar zo is uitgevoerd en ingesteld, dat deze een vast ingestelde temperatuur van het temperatuurobserveerorgaan tracht te handhaven en daar-toe de toevoer van verwarmingsmedium naar de warmtewisselaar 10 voor de aftapverwarming niet alleen vol kan openen en sluiten maar ook in tussenstanden groter of kleiner kan maken. 8104824