NO833172L - Varmesystem med kondensasjonskjele - Google Patents

Description

Varmesystem med kondensasjonskjeie

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et varmesystem med

en kondensasjonskjele omfattende en flerhet av hovedsakelig like røk-gass/vann-varmevekslerseksjoner, som hver er utrustet med en indre trekkanal og en omgivende vannkappe, idet seksjonene er seriekoblet med hensyn til røkgasstrømmen fra en brennerenhet i forbindelse med en første seksjon til et røkgassutløp med indusert trekk i forbindelse med en siste seksjon.

Fra DE-B-22 27 070 er der kjent et oppvarmingssystem hvor en flerhet av horisontalt anordnede parallelle varmeveksler-seksjoner er anordnet over hverandre. Røkgassen strømmer gjennom seksjonene i serie i disses langsgående retning og med motsatte strømningsretninger i tilstøtende seksjoner, samtidig som vann-strømmen finner sted i retning oppover på tvers av den langsgående retning av seksjonene.

Med denne oppbygging vil virkningen av systemet være begrenset av det forhold at den høyeste vanntemperatur forekommer i den øverste seksjon hvor røkgasstemperaturen er lavest. I og med at røkgassen da må ha en utløpstemperatur som er høyere enn den ønskede tilførselsvann-temperatur for radiatorsystemet, kan der ikke oppnåes en fullstendig utnyttelse av varmeinnholdet i røkgassen for oppvarming av tilførselsvannet for radiatorsystemet.

Det samme forhold gjør seg gjeldende ved et system som er kjent av US-A-2 587 530 hvor strømmen av røkgass såvel som vann, blir utført i parallell i de forskjellige seksjoner, selv om der er skaffet en forbedret varmeoverføring mellom trekkanalen og vannkappen for hver enkelt seksjon, idet det bevirkes at røkgassen og vannet føres gjennom hver seksjon i motstrøm i den langsgående retning av seksjonen.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnåes der en betydelig forbedret utnyttelse av varmeinnholdet i røkgassen og derved en optimal virkningsgrad for et varmesystem med en konden-sas j onskj ele , i og med at varmeutvekslingsseksjonene er anordnet vertikalt side om side, idet røkgassutslippet er forbundet med den øvre ende av den siste seksjon, og ved at seksjonene dessuten er seriekoblede hva angår vannstrømmen gjennom vannkappene med et innløp for returvann fra en radiatorkrets ved den øvre ende av den siste seksjon og et utløp for tilførselsvann til radiatorkretsen

ved den første seksjon, samtidig som kondensasjonsutløps-

organer er anordnet i forbindelse med overgangstrekkanaler som forbinder de nedre ender av tilstøtende seksjoner.

Fordi såvel røkgass som vann ved denne oppbygning strømmer i serie gjennom alle seksjoner i den langsgående retning av hver seksjon og i full motstrøm i hver seksjon, vil returvannet fra radiatorkretsen kommeinn i kjelen ved det punkt hvor røkgasstempe-raturen er lavest og tilførselsvannet for radiatorkretsen vil forlate kjelen ved det punkt hvor røkgasstemperaturen er høyest.

Videre er kjelekonstruksjonen så enkel at seksjonene kan fremstilles med forholdsvis lave kostnader og med gode muligheter for rengjøring og vedlikehold, så meget mer som trekkanalene i de enkelte seksjoner kan være forbundet ved deres øvre ender ved hjelp av avtagbare hetter. På grunn av overgangstrekkanalene mellom de lavere ender av noen av seksjonene, vil man videre kunne oppnå en effektiv fjerning av kondensat.

Ved en foretrukken utførelsesform hvor et varmtvann-tilf ørselsystem er ytterligere forbundet med kjelen, oppnår man en tilleggsøkning i virkningsgraden for hele oppvarmingssystemet innbefattet radiatorkretsen og varmtvann-tilførselsystemet ved at et kaldtvann-innløp for varmtvann-tilførselsystemet er forbundet med vannforvarmingsorganer anordnet i vannkappen av den siste seksjon og med sitt vannutløp forbundet med en vann/vann-varmeveksler som oppvarmes ved hjelp av tilførselsvannet til radiatorkretsen.

Derved vil tilførselen av kaldt vann til varmtvann-tilf ørselsystemet bli forhåndsvarmet ved hjelp av returvann fra radiatorkretsen før det tilføres nevnte vann/vann-varmeveksler.

Som det vil fremgå i detalj fra den følgende beskrivelse, vil et slikt sammensatt oppvarmingssytem omfatte en styreenhet til å påvirke ventilorganer for derved oppnå under sommerdrift en tappevanntemperatur for varmtvann-tilførselen som er høyere enn temperaturen for tilførselsvannet fra den første kjeleseksjon

Ved siden av å kontrollere temperaturen på det varme tappevann, kan en slik styreenhet som kan omfatte en mikroprosessor, være istand til å styre brennerenheten avhengig av et program som sørger for dag- og natt-styring av tilførselsvann-temperaturen og til overvåkning av røkgasstemperaturen, tilførselsvanntemperaturen returvann-temperaturen, brennstofforbruket og utslippet av kondensat.

I det følgende vil oppfinnelsen bli forklart nærmere under henvisning til den vedføyde tegning. Fig. 1 er et skjematisk riss av en utførelsesform for et oppvarmingssystem i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 er et perspektivriss av en modifisert utførelse som tidligere illustrerer detaljer av en spesielt anvendelig konstruksjon . Fig. 3 og 4 er skjemaer over to forskjellige utførelses-former for et varmtvann-tilførselsystem i forbindelse med oppvarmingssystemet.

Det varmesystem som er vist skjematisk på fig. 1, innbe-fatter en kjele som omfatter en flerhet av vertikalt anordnede seksjoner 1-5 som hver er utformet som en røkgass/vann-varmeveksler med en indre rørformet trekkanal 6 fra hvilken der bevirkes en effektiv varmeoverføring gjennom en vegg 7 til en omgivende vannkappe 8 av ringformet tverrsnitt.

Ved den viste utførelsesform er den første kjeleseksjon

1 ved sin nedre ende forbundet med en brennerenhet for et brennstoff i form av væske eller gass, f.eks. olje eller naturgass. Brennerenheten 9 som ikke er vist i detalj, kan være av kjent utførelse og være forsynt med brennstoff-forvarmingsorganer slik det er kjent innen teknikken for reduksjon av brennstofforbruk. Seksjonene 1-5, er serieforbundet både med hensyn til den røkgass-strøm som bevirkes av brennerenheten 9 gjennom den første seksjon 1 til den øvre ende av trekkanalen 6 i varmevekslerseksjonen 2

og derfra videre gjennom trekkanalene i seksjonene 3,4 og 5 til et røkgassutløp 10 forbundet med den øvre ende av seksjonen 5, idet der i utløpet er anordnet en trekkbevirkende vifte 11 og med hensyn til vannstrøm som bevirkes fra et innløp 12 for returvann fra en ikke vist radiatorkrets, forbundet med den øvre ende av seksjonen 5 gjennom de ringformede vannkapper 7 i seksjonene 5,4, 3,2 og 1 i nevnte rekkefølge for videreføring til et utløp 13 for tilførselsvann til radiatorkretsen forbundet med vannkappen i seksjon 1. Videre er der til vannkappen i seksjon 1 forbundet en ekspans j onstank l'4 .

I seksjonene 2,3,4 og 5 er varmeoverføringsflaten mellom trekkanalen og vannkappen forsterket, idet varmeoverføringsveggen 7 er utført bølgeformet slik det er kjent fra US-A-2 587 530.

I den hensikt å føre røkgasstrømmen gjennom de indre trekk-kanaler 6 i de enkelte seksjoner til effektiv berøring med de bølgeformede varmeoverføringsvegger 7, kan der i trekkanalene i seksjonene være anordnet stavlignende sylindriske forskyvnings-elementer 15, anordnet koaksialt med rørveggene 7 slik det er kjent fra DE-A-22 27 070.

Under overføringen av strømmen av røkgass gjennom varme-utvekslerseksjonene 2-5 vil kondensat utfelles og samles opp i overgangstrekkanalene 16 og 17 som forbinder de nedre ender av trekkanalene i tilstøtende seksjoner, henholdsvis 1-3 og 4-5 og kondensatet fjernes gjennom kondensutløp 18.

I forbindelse med perspektivrisset på fig. 2 som angir en praktisk anvendelig utførelsesform for den samme konstruksjon som er skjematisk vist på fig. 1, er deler svarende til dem som er anskueliggjort på fig. 1, gitt samme henvisningstall . Figuren tjener spesielt til å anskueliggjøre en i praksis anvendelig konstruksjon av røkgass og vannforbindelsene mellom trekkanalene og vannkappene i de enkelte seksjoner. Mellom de øvre ender av varmevekslerseksjonene 1 og 2, de øvre ender av varmevekslerseksjonene 3 og 4 og fra den øvre ende av varmevekslerseksjonene 5 til utløpstrakten 10, er overgangstrekkanalene forlenget til hetter 19,20 og 21 som forbinder henholdsvis de tilstøtende seksjoner og seksjon 5 og utløpstrakten 10, samtidig som de er forsynt med avtagbare deksler 22 som står på linje med de indre trekk-analer av de enkelte seksjoner. På lignende måte er de nedre ender av varmevekslerseksjonene 2 og 3 og de nedre ender av varmevekslerseksjonene 4 og 5 forbundet via overgangsdeler 23 og 24 som overgangstrekkanalene 16 og 17 vist på fig. 1 strekker seg inn i.

Fig. 2 viser en vannforbindelseskanal bare i form av et kort rørstykke 25 mellom de nedre ender av vannkappene i seksjonene 4 og 5, men der er anordnet tilsvarende vannfor-0bindelseskanaler mellom de øvre ender av vannkappene i seksjonene 4 og 3, de nedre ender av vannkappene i seksjonene 3 og 2 og de øvre ender av vannkappene i seksjonene 2 og 1. Et vannforbindelses rør 26 som strekker seg mellom de øvre ender av seksjonene 1 og

5, tjener til styring med hensyn til et varmtvann-tilførselsystem

i tilknytning til oppvarmingssytemet slik det vil bli ytterligere forklart i det følgende.

Varmespoler 27 og 28 er anordent i vannkappene i varmeveksler seks j onene 5 og 1 og danner del av en konstruksjon av et slikt varmtvann-tilførselsystem som er beskrevet i det følgende under henvisning til fig. 4.

En boks 29 under varmevekslerseksjonene rommer en nøytrali-seringsenhet for det kondensat som føres ut gjennom utløpene 18. Nøytraliseringsenheten kan f.eks. omfatte en utskiftbar pose som inneholder knust marmor og mottar kondensatet gjennom en ikke vist vanntetning. Kondensatet vil således perkolere gjennom den knuste marmor slik at det derved nøytraliseres, dvs. slik at pH-verdien som generelt har verdi ca. 2,5 øker til ca. 7. Boksen 28 er forsynt med et løsbart deksel 29 som skal brukes ved utskiftning av nøytraliseringsposen.

Ved skjemaene vist på fig. 3 og 4 over to forskjellige utførelsesformer for et varmtvann-tilførselsystem i forbindelse med oppvarmingssystemet i henhold til oppfinnelsen, er varme-vekslerseksj onene 1-5 i kjelen og brennerenheten 9 bare vist rent skj ematisk.

Ved begge utførelsesformer av varmtvann-tilførselsystemet er kaldtvann-innløpet 31 forbundet med vannforvarmingsorganer 32 som er anordnet i vannkappen av den siste varmevekslerseksjon 5

i form av en varmespole, dvs. konstruert som vist ved 27 på fig. 2. Vannutløpet 33 fra vannforvarmerorganet 32 er forbundet med en vann/vann-varmeveksler som oppvarmes ved hjelp av tilførsels-vannet som tilføres radiatorkretsen og er avledet fra seksjon 1.

Ved utførelsesformen vist på fig. 3 vil denne vann/vann-varmeveksler omfatte en varmtvannstank 34 med en varmespole 35 hvis vanninnløp 36 er forbundet med utløpet 13 for tilførselsvann fra seksjonen 1 gjennom et styrt ventilorgan 37, ved hjelp av hvilket vannutløpet 13 kan forbindes enten med radiatorsystemet eller med oppvarmingsspolen 35. Vannutløpet 38 fra oppvarmingsspolen 35 er forbundet med et annet styrt ventilorgan 39, ved hjelp av hvilket det kan forbindes enten med radiatorkretsen gjennom en forbindelse 40 eller med returvanninnløpet 12 ved vannkappen i varmevekslerseksjonen 5 gjennom en forbikobling 41.

Ventilorganet 37 og 39 kan være treveis magnetventiler som styres fra en sentral styreenhet 51, som f.eks. kan innbefatte en mikroprosessor, i avhengighet av temperaturen på tilførselvannet for radiatorsystemet ved vannutløpet 13 målt ved hjelp av et temperaturmåleorgan 42 og temperaturen på tappevannet ved vannut-løpet 44 fra vanntanken 34 til varmtvann-tilførselsystemet målt ved hjelp av et temperaturmåleorgan 43. Ved hjelp av styreenheten 51 kan der innjusteres en ønsket tappevannstemperatur, f.eks. mellom 35 og 60°C. Når vannet i varmtvannstanken 34 blir målt ved hjelp av måleorganet 43 og har nådd den ønskede temperatur, vil tilførselsvannet ved hjelp av ventilen 37 bli ført forbi varmtvannstanken 34 og strømme direkte til radiatorsystemet. Dersom på den annen side tappevannstemperaturen målt ved hjelp av måleorganet 43, er lavere enn den ønskede temperatur mens temperaturen på tilførselsvannet ved måleorganet 42 overskrider den ønskede tappevannstemperatur, vil tilførselvannet p.g.a. ventilene 37 og 39 bli ført gjennom varmtvannstanken 34 og derfra videre til radiatorsystemet. Dersom f.eks. under sommerdrift tilførselvannet har en lavere temperatur enn den ønskede tappevannstemperatur, vil imidlertid styreenheten 51 påvirke ventilen 39 på en slik måte at tilførselsvannet etter at det er ført gjennom varmespolen 35, blir ledet gjennom forbiføringsledningen 41 til returvanninnløpet 12 hos den siste varmevekslerseksjon 5. Man oppnår derved en direkte resirkulasjon av tilførselsvannet gjennom kjelen, og styreenheten 51 som også styrer brennerenheten 9, er innrettet til eller programert slik at den opprettholder brennerenheten i en tilstand av full levering i denne situasjon inntil tappevannet har oppnådd den ønskede temperatur.

På grunn av forhåndsvarmingen av tappevannet for varmtvann-tilførselen i forbindelse med den overfor omtalte styring, oppnåes der en optimal virkningsgrad med hensyn til tappevannsoppvarming, noe som tillater varmtvannstanken 34 å ha en mindre kapasitet enn hva ellers ville vært nødvendig.

Ved utførelsesformen for varmtann-tilførselsystemet vist

på fig. 4 er vann/vann-varmeveksleren forbundet med vannutløpet 33' fra vannforvarmeren 32' og utgjøres av en varmespole 45 som er anordnet i vannkappen av seksjon 1 og har sitt vannutløp 46 forbundet med varmtvann-tilførselsystemet. Tappevann-temperaturen som måles ved hjelp av temperaturmåleorganet 47, blir i dette tilfelle styrt ved blanding av det vann som passerer gjennom oppvarmingsspolen 45 med kaldt vann som tilføres fra kaldtvanns-innløpet 31' fra vannforvarmeren 32 gjennom et styrt ventilorgan 48. Vannutløpet 13 for tilførselvannet fra vannkappen i over-

føringsseksjonen er forbundet med et annet styrt ventilorgan 49 ved hjelp av hvilket tilførselsvannet kan kobles enten direkte til radiatorsystemet eller via en forbikobling 50 til returvann-innløpet 12 for vannkappen i den siste varmevekslerseksjon 5. På samme måte som ved utførelsesformen vist på fig. 3 tillater dette etableringen av en direkte resirkulasjon av tilførselsvann gjennom kjelen, hvilket kan nyttes f.eks. under sommerdrift eller som ved utførelsesformen vist på fig. 4 også i tilfelle av toppbelastning hvor radiatorkretsen er slått av og bare oppvarming av tappevann finner sted.

Styreenhetene henholdsvis 51 og 51' for henholdsvis ventilorganene 37,39 og 48,49 kan ytterligere bli forbundet med et overvåkningsorgan i form av et pH-måleorgan 52 resp. 52' til styring av surheten av kondensatet som føres gjennom nøytrali-seringsenheten på fig. 2 og med et alarmorgan, henholdsvis 53 og 53' slik at der fremskaffes et alarmsignal når pH-verdien faller under en forhåndsbestemt terskelverdi, f.eks. 6, hvilket signal gir et varsel om at den overfor omtalte nøytralisasjonspose bør skiftes ut.

Claims (9)

1. Oppvarmingssystem med en kondensasjonskjeie omfattende en flerhet av hovedsakelig like røkgass/vann-varmevekslerseksjoner (1-5) som hver er forsynt med en indre trekkanal (6) og en omgivende vannkappe (8), idet seksjonene er seriekoblede med hensyn til røkgasstrømmen fra en brennerenhet (9) i forbindelse med en første seksjon 1 til et røkgassutløp (10) med indusert trekk i forbindelse med en siste seksjon (5), karakterisert ved at varmevekslerseksjonene (1-5) er anordnet vertikalt side om side, idet røkgassutløpet (10) er forbundet med den øvre ende av den siste seksjon (5), og at seksjonene (1-5) dessuten er seriekoblede med hensyn til vann- strømmen gjennom vannkappene (8) med et innløp (12) for returvann fra en radiatorkrets ved den øvre ende av den siste seksjon (5) og et utløp (13) for tilførselsvann til radiatorkretsen ved den første seksjon (1), idet der i forbindelse med overgangstrekk-kanaler (16,17) som forbinder de nedre ender av tilstøtende seksjoner er anordnet kondensat-utløpsorganer (18).

2. System som angitt i krav 1, hvor et varmtvann-tilførsel-system er ytterligere forbundet med kjelen, karakterisert ved at et kaldtvannsinnløp (31,31') for varmtvann-tilførselsystemet er forbundet med vannforvarmer-organer (32,32') anordnet i vannkappen av den siste seksjon (5) og med sitt vannutløp forbundet med en vann/vann-varmeveksler (34-35, 45) oppvarmet ved hjelp av tilførselvannet til radiatorkretsen*

3. System som angitt i krav 2, karakterisert ve d at vann/vann-varmeveksleren omfatter en varmtvannstank (34) med en oppvarmingsspole (35), hvis vanninnløp (36) er forbundet med utløpet (13) for tilførselsvann fra den første seksjon (1) gjennom et første styrt ventilorgan (37) for tilkobling av utløpet (13) for tilførselvann, enten til radiatorsystemet eller til oppvarmingsspolen (35).

4. System som angitt i krav 3, karakterisert ved at vannutløpet (10) fra varmespolen kan forbindes via et annet styrt ventilorgan (39) enten med radiatorkretsen eller med returvanninnløpet (12) i den siste seksjon (5).

5. System som angitt i krav 2, karakterisert ved at vann/vann-varmeveksleren omfatter en varmespole (45) anordnet i vannkappen (8) i den første seksjon (1) og med sitt vanninnløp forbundet med vannutløpet fra vannforvarmeren (32').

6. System som angitt i krav 5, karakterisert ved at kaldtvanntilførsel (31') hos vannforvarmeren (32') er forbundet med varmtvannsutløpet (46) fra varmespolen (45) via et tredje styrt ventilorgan (48).

7. System som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at vannutløpet (13) for til-førselvann ved den første seksjon kan forbindes ved hjelp av et fjerde styrt ventilorgan (49) enten med radiatorkretsen eller via en forbikoblingsledning (50) med returvanninnløpet (12) i den siste sekjson (5).

8. System som angitt i krav 4 eller 7, karakterisert ved at en styreenhet (51,51' ) til styring av ventilorganene (37,39;48,49) i avhengighet av tappe-vannutløpet (44,46) fra vann/vann-varmeveksleren (34-35,45) for varmtvann-tilførselsystemet og i avhengighet av tilførselsvann-temperaturen for radiatorkretsen, er ytterligere forbundet med brennerenheten (9) og innrettet til å bibeholde brennerenheten i en tilstand av full levering sålenge som vannutløpet fra varmespolen (35), henholdsvis vannutløpet (13) for tilførselsvann fra den første seksjon (1), er koblet gjennom henholdsvis det annet og fjerde ventilorgan (39,49) til returvanninnløpet (12) hos den siste seksjon (5).

9. System som angitt i krav 8, karakterisert ved at kondensatutløpet (18) er forbundet med en nøytrali-seringsenhet (28) som har et utløp tilknyttet et overvåkningsorgan (52,52') forbundet med styreenheten (51,51') til styring av sur-hetsgraden av det kondensat som føres gjennom nøytraliserings-enheten (28), idet et alarmorgan (53,53') er forbundet med styreenheten (51,52) og innrettet til å avgi et alarmsignal når pH-verdien faller under en forhåndsbestemt terskelverdi.