PL201014B1 - Urządzenie do podłączania wymiennika ciepła domowego urządzenia do pobierania ciepłej wody do sieci cieplnej - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do podlaczania wymiennika ciep la domowego urz adzenia do pobierania ciep lej wody i, opcjonalnie, domowego urz a- dzenia grzewczego, do sieci cieplnej z pierw- szym zaworem, sterowanym w zale zno sci od nat ezenia przep lywu wody w urz adzeniu do pobierania wody i drugim zaworem sterowanym w zale zno sci od temperatury pobieranej wody ciep lej, które umieszczone s a pomi edzy sieci a ciepln a i stron a pierwotn a wymiennika ciep la, którego strona wtórna polaczona jest z urz a- dzeniem do pobierania wody, znamienne tym, ze pierwszy zawór (14) i drugi zawór (18) po la- czone s a równolegle. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do podłączania wymiennika ciepła domowego urządzenia do pobierania ciepłej wody i, opcjonalnie, domowego urządzenia grzewczego, do sieci cieplnej, z pierwszym zaworem, sterowanym w zależności od natężenia przep ływu wody w urządzeniu do pobierania wody i drugim zaworem sterowanym w zależności od temperatury pobieranej wody ciepłej, które umieszczone są pomiędzy siecią cieplną i stroną pierwotną wymiennika ciepła, którego strona wtórna połączona jest z urządzeniem do pobierania wody.

W znanym urządzeniu tego rodzaju (opis patentowy DE 199 07 509 A1) pierwszy i drugi zawór połączone są szeregowo. Pierwszy zawór sterowany jest w zależności od spadku ciśnienia na przewodzie doprowadzającym wodę zimną, dławicą umieszczoną po stronie wtórnej wymiennika ciepła. Drugi zawór sterowany jest za pomocą czujnika temperatury, który mierzy temperaturę wody ciepłej po stronie wtórnej wymiennika ciepła. Powinno to zapewniać uzyskanie możliwie dokładnej regulacji temperatury pobieranej wody przy zmiennym natężeniu przepływu, zmiennej temperaturze i zmieniającym się ciśnieniu w obwodzie pierwotnym. Przy zmiennej temperaturze wody zimnej w obwodzie wtórnym wymiennika ciepła, temperatura wody pobieranej z urządzenia do pobierania wody powinna być możliwie stała dla danego natężeniu poboru. Poza tym natężenie przepływu po stronie pierwotnej wymiennika ciepła powinno być dostosowane do chwilowego natężenia przepływu po stronie wtórnej wymiennika ciepła.

W znanym urządzeniu regulacja natężenia przepływu po stronie pierwotnej wymiennika ciepła dla określonej ilości poboru wody po stronie wtórnej wymiennika ciepła daje prawidłowe natężenie przepływu w określonej temperaturze początkowej po stronie pierwotnej wynoszącej przykładowo 70°C i całkowicie otwartym drugim zaworze, sterowanym w zależności od temperatury. Jeśli temperatura początkowa wzrasta, pierwszy zawór sterowany w zależności od natężenia przepływu po stronie pierwotnej ma nadal ten sam stopień otwarcia, podczas gdy w drugim zaworze, sterowanym w zależności od temperatury, wartość kv ulega zmniejszeniu, aby przepływ po stronie pierwotnej ponownie odpowiadał ilości ciepła przekazywanej przez wymiennik ciepła, koniecznej do utrzymania temperatury po stronie wtórnej. Zatem przy maksymalnej temperaturze początkowej po stronie pierwotnej wymiennika ciepła stopień otwarcia drugiego zaworu, sterowanego w zależności od temperatury, jest mały.

Ponieważ dalej kwadrat odwrotności całkowitej wartości kv obu zainstalowanych szeregowo zaworów równa się sumie kwadratów odwrotności wartości kv obu zaworów, wartość kv zaworu sterowanego w zależności od temperatury stanowi duży udział całkowitej wartości kv w taki sposób, że zakres P (zakres proporcjonalności) zaworu sterowanego w zależności od temperatury musi pozwalać na osiągnięcie stabilnej (pozbawionej wahań) regulacji temperatury wody ciepłej po stronie wtórnej wymiennika ciepła przy małych natężeniach poboru.

Celem wynalazku jest konstrukcja urządzenia, które umożliwiałoby lepsze wykorzystanie wydajności sieci cieplnej i w prosty sposób umożliwiało dokładną i stabilną regulację temperatury pobieranej wody.

W urządzeniu według wynalazku pierwszy zawór i drugi zawór połączone są równolegle.

W ten sposób uzyskano liniową zależność sterowania obu zaworów w zależności od natężenia poboru. Zaletą równoległego połączenia obu zaworów jest to, że przy małych natężeniach poboru uniknięto wahań temperatury pobieranej ciepłej wody. Poza tym przy zaworach połączonych równolegle całkowita wartość kv odpowiada sumie wartości kv każdego pojedynczego zaworu. Z tego względu wartość kv zaworu sterowanego w zależności od temperatury stanowi mniejszą część całkowitej wartości kv, co umożliwia regulację temperatury w małym zakresie proporcjonalności w porównaniu do zaworów połączonych szeregowo.

Zakładając, że całkowita wartość kv przy równoległym połączeniu zaworów jest taka sama jak przy połączeniu szeregowym, przekazanie takiej samej ilości ciepła wymaga, aby zakres proporcjonalności zaworów połączonych szeregowo był ponad dwukrotnie większy w stosunku do zakresu proporcjonalności zaworów połączonych równolegle. Zawory połączone równolegle umożliwiają zatem uzyskanie dokładniejszej regulacji temperatury w prostszy sposób, gdy wymagana jest taka sama stabilność, jak przy zaworach zainstalowanych szeregowo.

Zastosowanie jako pierwszego, zaworu sterowanego w zależności od natężenia przepływu w urządzeniu do pobierania wody ma tę zaletę, ż e natężenie przepływu po stronie pierwotnej można szybko ustawić w zależności od chwilowego natężenia poboru wody.

PL 201 014 B1

W przypadku zaworów połączonych szeregowo, jeden zawór nie wystarcza do zwiększenia całkowitego natężenia przepływu powyżej wartości granicznej, która określona jest poprzez zawór najmniejszy. Jeśli więc pobór ciepłej wody zostanie zakończony, pierwszy zawór, sterowany w zależności od natężenia przepływu w urządzeniu do pobierania wody, blokuje przepływ po stronie pierwotnej.

Drugi zawór, sterowany w zależności od temperatury, jest wtedy nieskuteczny.

W przypadku zaworów zainstalowanych równolegle całkowite natężenie przepływu po stronie pierwotnej jest równe sumie natężeń przepływu przez oba zawory. Jeśli więc pobór ciepłej wody zostanie zakończony, pierwszy zawór, sterowany w zależności od natężenia przepływu, zostaje zablokowany w taki sposób, że całkowite natężenie przepływu zostaje zmniejszone. Drugi zawór, sterowany w zależności od temperatury, działa nadal i ustawiany jest w taki sposób, że temperatura jego czujnika odpowiada wymaganej temperaturze poboru. Wymiennik ciepła i jego obwód pierwotny są utrzymywane w stanie nagrzania w taki sposób, że przy otwarciu urządzenia do poboru wody natychmiast popłynie ciepła woda.

W urzą dzeniu wedł ug wynalazku korzystnie zadbano o to, aby przy obecno ś ci urzą dzenia grzewczego pierwszy zawór był zaworem priorytetowym, łączącym urządzenie grzewcze z siecią cieplną i dławiącym lub blokującym przepływ ciepłej wody do urządzenia grzewczego przy poborze ciepłej wody.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku pierwszy zawór jest zaworem trójdrożnym, sterowanym za pomocą membrany w zależności od natężenia przepływu przez urządzenie do pobierania wody.

Przy poborze ciepłej wody ciśnienie po jednej stronie membrany spada. Dopływ wody ciepłej z sieci cieplnej do urzą dzenia grzewczego jest przy tym d ł awiony lub blokowany w taki sposób, ż e wydajność dostarczania ciepłej wody sieci cieplnej jest lepiej wykorzystana po stronie poboru wody.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku zawieradło pierwszego zaworu połączone jest z napę dem nastawnika przestawiają cym zawieradł o przy spadku ciś nienia we wtórnym przewodzie wymiennika ciepła.

Ponadto w urządzeniu według wynalazku zawieradło pierwszego zaworu połączone jest z jedną stroną membrany w segmencie obudowy, a druga strona membrany połączona jest z przewodem wtórnym wymiennika ciepła.

Przy poborze ciepłej wody ciśnienie po zwróconej w kierunku zaworu priorytetowego stronie membrany spada co powoduje, że połączenie z urządzeniem grzewczym jest dławione i natężenie przepływu po stronie pierwotnej wymiennika ciepła wzrasta.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku przewód wtórny to przewód doprowadzający do wymiennika ciepła wodę zimną, a membrana połączona jest z zawieradłem trzeciego zaworu zainstalowanego na przewodzie wtórnym wymiennika ciepła.

Dzięki temu zwiększa się trwałość membrany. Pod względem konstrukcyjnym membranę można umieścić również po stronie wody ciepłej.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku wszystkie zawory mają wspólną obudowę.

Zapewnia to bardzo zwartą konstrukcję urządzenia bez długich kanałów i wewnętrznych połączeń. Stosownie do tego nakład pracy przy montażu jest mniejszy w porównaniu z łączeniem poszczególnych elementów konstrukcji za pomocą wielu przewodów.

W urządzeniu według wynalazku korzystne jest w takim przypadku kiedy pierwszy zawór ma wydłużony cylindryczny segment obudowy, w którym zawieradło pierwszego zaworu posiada możliwość przesuwu osiowego i na którego końcu umieszczony jest segment obudowy napędu nastawnika tak, że membrana ustawiona jest współosiowo do osi wzdłużnej segmentu obudowy pierwszego zaworu, a segment obudowy napędu nastawnika tworzy równocześnie segment obudowy trzeciego zaworu, zaś poprzecznie do segmentu obudowy pierwszego zaworu umieszczony jest segment obudowy drugiego zaworu, w którym znajduje się regulator temperatury do sterowania drugiego zaworu, a czujnik temperatury regulatora temperatury po łączony jest termicznie z wylotem ciepł ej wody wymiennika ciepła, zaś drugi zawór mostkuje wlot pierwszego zaworu i jego wylot połączony z wymiennikiem ciepła.

W urządzeniu według wynalazku korzystne jest wówczas to, że przy segmentach obudowy pierwszego zaworu i drugiego zaworu umieszczony jest poprzecznie segment obudowy czwartego zaworu, umieszczonego po stronie wlotowej pierwszego i drugiego zaworu i sterowanego w zależności od różnicy ciśnienia pomiędzy stroną wlotową i wylotową pierwszego i drugiego zaworu.

PL 201 014 B1

W takim przypadku w urzą dzeniu wedł ug wynalazku korzystne jest takż e kiedy segment obudowy czwartego zaworu połączony jest z segmentem obudowy ciśnieniowego regulatora różnicowego, który posiada membranę połączoną z zawieradłem czwartego zaworu, która nastawiona jest z jednej strony na działanie ciśnienia wlotowego, a z drugiej strony na działanie ciśnienia wylotowego pierwszego i drugiego zaworu.

Przedmiot wynalazku i jego odmiany przedstawiono w korzystnych przykładach wykonania na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia schemat instalacyjny przykładu wykonania urządzenia według wynalazku, które łączy sieć cieplną i sieć wody zimnej z wymiennikiem ciepła urządzenia do pobierania wody i urzą dzeniem grzewczym, fig. 2 przedstawia rzut boczny urządzenia według wynalazku według rysunku fig. 1, fig. 3 przedstawia przekrój III-III rysunku fig. 2, fig. 4 przedstawia przekrój IV-IV rysunku fig. 2, a fig. 5 przedstawia przekrój V-V rysunku fig. 4.

Jak przedstawiono na rysunku fig. 1 wymiennik ciepła 1 oraz urządzenie grzewcze 2 składające się z wielu elementów grzewczych, podłączono poprzez urządzenie 3 według wynalazku do sieci cieplnej FW oraz do sieci wody zimnej KW. Wymiennik ciepła 1 oraz urządzenie grzewcze 2 znajdują w mieszkaniu.

Strona pierwotna wymiennika ciepła 1 jest połączona przewodem doprowadzającym 4 wodę ciepłą z sieci cieplnej FW z przyłączem wylotowym 5 urządzenia 3. Wylot strony pierwotnej wymiennika ciepła 1 połączono przewodem powrotnym 6 z przewodem powrotnym FR sieci cieplnej. Wylot wody ciepłej wtórnej strony 9 wymiennika ciepła 1 połączono przewodem 10 z urządzeniem do pobierania wody WW, składającym się z jednego lub wielu zaworów ciepłej wody.

Trzecie przyłącze wylotowe 11 wody ciepłej HW połączone jest ze stroną wlotową urządzenia grzewczego 2, którego przewód powrotny HR również połączono z przewodem 6.

Urządzenie 3 ma po stronie wlotowej przyłącze wlotowe 12 do podłączenia sieci cieplnej FW oraz przyłącze wlotowe 13 do podłączenia sieci wody zimnej KW.

Urządzenie 3 ma (jak pokazano także na rysunku fig. 2, fig. 3, fig. 4 i fig. 5) pierwszy zawór 14, w tym przypadku zawór priorytetowy w postaci zaworu trójdrożnego z wlotem 15 i dwoma wylotami 16 i 17. Równolegle do wlotu 15 i do wylotu 16 pierwszego zaworu 14 umieszczono drugi zawór 18 z wlotem 19 i wylotem 20. Wylot 17 pierwszego zaworu 14 połączono z przyłączem wylotowym 11. Wloty 15 i 19 zaworów 14 i 18 połączono za pośrednictwem czwartego zaworu 21 z przyłączem wlotowym 12. Wyloty 16 i 20 zaworów 14 i 18 połączono ze sobą oraz z przyłączem wylotowym 5. Dodatkowo urządzenie 3 ma regulator temperatury 22, połączony za pomocą przewodu 23 z czujnikiem temperatury 24. Czujnik temperatury 24 zawiera substancję rozprężną i mierzy temperaturę wody ciepłej pobranej z wylotu strony wtórnej wymiennika ciepła 1. W zależności od rozszerzenia substancji rozprężnej reguluje on ustawienie zaworu 18 i/lub jego zawieradła, przeciwnie do kierunku działania siły sprężyny regulacji wartości zadanej 25 (rysunek fig. 5) w taki sposób, że natężenie przepływu wody ciepłej z sieci cieplnej FW regulowane jest za pomocą zaworu 18 tak, że temperatura na wylocie wymiennika ciepła 1 pozostaje zasadniczo stała, to znaczy równa ustawionej wartości zadanej niezależnie od ilości wody pobieranej przez urządzenie do pobierania wody WW.

Ponadto urządzenie 3 ma pomiędzy przyłączem wlotowym 13, które połączono z siecią wody zimnej KW i przyłączem wylotowym 7 dodatkowy trzeci zawór 26, którego zawieradło 27 połączono z napędem nastawnika 28. Nastawnik 28 przy spadku ciśnienia w przewodzie wtórnym wymiennika ciepła 1, w tym przypadku wtórnym przewodzie 8 dopływowym wody zimnej, powoduje przestawienie zawieradła 27. Napęd nastawnika 28 posiada membranę 29 w segmencie obudowy 30, którą połączono z jednej strony z zawieradłem 27 trzeciego zaworu 26, a z drugiej strony za pomocą drążka zaworowego 31 z zawieradłem 32 pierwszego zaworu 14. Od jednej do drugiej strony membrany 29 prowadzi przejście przez zawieradło 27 i membranę 29.

Przy maksymalnym poborze wody ciepłej przez urządzenie do pobierania wody WW ciśnienie P2 (porównaj rysunek fig. 4) po stronie wylotowej trzeciego zaworu 26 bardzo spada w stosunku do ciśnienia P1 wody zimnej po stronie wlotowej trzeciego zaworu 26 co powoduje, że napęd nastawnika 28 blokuje przejście od centralnego wlotu 15 pierwszego zaworu 14 do wylotu 17, który połączono poprzez przyłącze wylotowe 11 z urządzeniem grzewczym 2 oraz całkowicie otwiera przejście od centralnego wlotu 15 do wylotu 16, który połączono poprzez przyłącze wylotowe 5 i przewód doprowadzający 4 ze stroną pierwotną wymiennika ciepła 1. Dzięki temu przy całkowicie otwartym zaworze 21

PL 201 014 B1 maksymalna ilość wody przepływa poprzez pierwszy zawór 14 do wymiennika ciepła 1. Jednakże gdy pobór wody ciepłej poprzez wymiennik ciepła 1 zostanie zakończony (zablokowany), trzeci zawór 26 przełącza poprzez napęd nastawnika 28 pierwszy zawór 14 w inne ustawienie krańcowe, w którym wylot 16 jest zablokowany, a wylot 17 całkowicie otwarty w taki sposób, że maksymalna ilość wody ciepłej może przepływać z sieci cieplnej FW poprzez otwarty zawór 21 i pierwszy zawór 14 do urządzenia grzewczego 2. Natomiast przy wartości pośredniej poboru wody przez urządzenie do pobierania wody WW zawieradło 32 pierwszego zaworu 14 przyjmuje pozycję pośrednią, w której doprowadzenie ciepłej wody z sieci cieplnej FW rozdzielane jest poprzez pierwszy zawór 14 odpowiednio na wymiennik ciepła 1 i urządzenie grzewcze 2.

Zawór 21 sterowany jest poprzez ciśnieniowy regulator różnicowy 33. Ciśnieniowy regulator różnicowy 33 mierzy spadek ciśnienia pomiędzy wspólnym punktem łączącym wlotów 15 i 19 i wspólnym punktem łączącym wylotów 16 i 20 obu zaworów 14 i 18, z jednej strony za pomocą czwartego zaworu 21, a z drugiej strony za pomocą czujnika ciśnienia 34, który połączono przewodem 35 i przyłączem wlotowym 36 z jedną stroną membrany 37 umieszczonej w ciśnieniowym regulatorze różnicowym 33. Tę samą stronę membrany 37 obciążono sprężyną naciskową 38 i połączono za pomocą wydrążonego drążka zaworowego 39 z zawieradłem 40 zaworu 21. Wloty 15, 19 zaworów 14, 18 połączono za pomocą wydrążonego drążka zaworowego 39, przeprowadzonego poprzez zawieradło 40, z drugą stroną membrany 37. Ciśnieniowy regulator różnicowy 33 równoważy ciśnienie wlotowe równoległego połączenia obu zaworów 14, 18 z ciśnieniem wylotowym TEGO połączenia i steruje zaworem 21 i/lub jego zawieradłem 40 przeciwnie do siły sprężyny naciskowej 38 działającej jak nastawnik wartości zadanej w taki sposób, że spadek ciśnienia przy połączeniu równoległym zaworów 14, 18 pozostaje stały niezależnie od wahań ciśnienia wody doprowadzonej do urządzenia 3 z sieci ciepłej wody FW.

Urządzenie 3 ma bardzo zwartą konstrukcję, ponieważ wszystkie zawory mają wspólną obudowę. Pierwszy zawór 14 posiada wydłużony, cylindryczny segment obudowy 41, w którym zawieradło 32 przestawialne jest w kierunku wzdłużnym i na którego końcu umieszczono segment obudowy 30 napędu nastawnika 28. Membranę 29 napędu nastawnika 28 umieszczono współosiowo w stosunku do osi wzdłużnej segmentu obudowy 41. Segment obudowy 30 napędu nastawnika 28 tworzy jednocześnie segment obudowy trzeciego zaworu 26. Poprzecznie do segmentu obudowy 41 pierwszego zaworu 14 umieszczono segment obudowy 42 zaworu 18, przy czym w segmencie obudowy 42 znajduje się równocześnie, współosiowo do napędu zaworu 18, regulator temperatury 22. Przy segmentach obudowy 41, 42 obu zaworów 14 i 18 umieszczono poprzecznie segment obudowy 43 czwartego zaworu 21. Z segmentem obudowy 43 czwartego zaworu 21 połączono dalej segment obudowy 44 ciśnieniowego regulatora różnicowego 33.

Claims (10)

1. Urządzenie do podłączania wymiennika ciepła domowego urządzenia do pobierania ciepłej wody i, opcjonalnie, domowego urządzenia grzewczego, do sieci cieplnej z pierwszym zaworem, sterowanym w zależności od natężenia przepływu wody w urządzeniu do pobierania wody i drugim zaworem sterowanym w zależności od temperatury pobieranej wody ciepłej, które umieszczone są pomiędzy siecią cieplną i stroną pierwotną wymiennika ciepła, którego strona wtórna połączona jest z urządzeniem do pobierania wody, znamienne tym, że pierwszy zawór (14) i drugi zawór (18) połączone są równolegle.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przy obecności urządzenia grzewczego (2) pierwszy zawór (14) to zawór priorytetowy łączący urządzenie grzewcze (2) z siecią cieplną (FW) i dławiący lub blokujący przepływ ciepłej wody do urządzenia grzewczego (2) przy poborze ciepłej wody.

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że pierwszy zawór (14) jest zaworem trójdrożnym, sterowanym za pomocą membrany (29) w zależności od natężenia przepływu przez urządzenie do pobierania wody (WW).

4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że zawieradło (32) pierwszego zaworu (14) połączone jest z napędem nastawnika (28) przestawiającym zawieradło (32) przy spadku ciśnienia we wtórnym przewodzie (8) wymiennika ciepła (1).

PL 201 014 B1

5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że zawieradło (32) pierwszego zaworu (14) połączone jest z jedną stroną membrany (29) w segmencie obudowy (30), a druga strona membrany (29) połączona jest z przewodem wtórnym (8) wymiennika ciepła (1).

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że przewód wtórny (8) to przewód doprowadzający do wymiennika ciepła (1) wodę zimną, a membrana (29) połączona jest z zawieradłem (27) trzeciego zaworu (26) zainstalowanego na przewodzie wtórnym (8) wymiennika ciepła (1).

7. Urządzenie według zastrz. 4 albo 6, znamienne tym, że wszystkie zawory (14, 18, 26) mają wspólną obudowę.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że pierwszy zawór (14) ma wydłużony cylindryczny segment obudowy (41), w którym zawieradło pierwszego zaworu (14) posiada możliwość przesuwu osiowego i na którego końcu umieszczony jest segment obudowy (30) napędu nastawnika (28) tak, że membrana (29) ustawiona jest współosiowo do osi wzdłużnej segmentu obudowy (41) pierwszego zaworu (14), a segment obudowy (30) napędu nastawnika (28) tworzy równocześnie segment obudowy trzeciego zaworu (26), zaś poprzecznie do segmentu obudowy (41) pierwszego zaworu (14) umieszczony jest segment obudowy (42) drugiego zaworu (8), w którym znajduje się regulator temperatury (22) do sterowania drugiego zaworu (18), a czujnik temperatury (24) regulatora temperatury (22) połączony jest termicznie z wylotem ciepłej wody wymiennika ciepła (1), zaś drugi zawór (18) mostkuje wlot (15) pierwszego zaworu (14) i jego wylot (16) połączony z wymiennikiem ciepła (1).

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że przy segmentach obudowy (41, 42) pierwszego zaworu (14) i drugiego zaworu (18) umieszczony jest poprzecznie segment obudowy (43) czwartego zaworu (21), umieszczonego po stronie wlotowej pierwszego i drugiego zaworu (14, 18) i sterowanego w zależności od różnicy ciśnienia pomiędzy stroną wlotową (15, 19) i wylotową (16, 20) pierwszego i drugiego zaworu (14, 18).

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że segment obudowy (43) czwartego zaworu (21) połączony jest z segmentem obudowy (44) ciśnieniowego regulatora różnicowego (33), który posiada membranę (37) połączoną z zawieradłem (40) czwartego zaworu (21), która nastawiona jest z jednej strony na działanie ciśnienia wlotowego, a z drugiej strony na działanie ciśnienia wylotowego pierwszego i drugiego zaworu (14, 18).