SE505862C2

SE505862C2 - Arrangement for temp. regulation with heat exchanger

Info

Publication number: SE505862C2
Application number: SE9303595A
Authority: SE
Inventors: Claes-Aake Bruno
Original assignee: Brutema Ab
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1997-10-20
Also published as: SE9303595D0; SE9303595L

Abstract

The heat exchanger (1) has a prim. side (1a) through which flows a heat-emitting fluid, and a sec. side (1B) which has an inlet (10) and an outlet (11) and is flowed through by a heat-absorbing fluid. The heat-absorbing fluid temp. is monitored by an indicator (14) on the sec. side outlet and compared in a control unit (6) with a pre-set temp. theoretical value. If the monitored temp. is less than the theoretical value, the control unit increases the heat-emitting fluid flow on the prim. side, and if the monitored value exceeds the theoretical value, the control unit reduces the flow.

Description

15 20 25 30 35 505 862 2 En annan åtgärd kan vara tillverkning av beredaren i rostfritt stål. Förutom att detta är relativt dyrt ställer det höga krav på svetsfogarnas utförande för att undvika korrosion. 15 20 25 30 35 505 862 2 Another measure may be the manufacture of the boiler in stainless steel. In addition to the fact that this is relatively expensive, it places high demands on the design of the welds to avoid corrosion.

En annan brist som alla varmvattenberedare delar är risken för tillväxt av bakterier, exempelvis av legio- nellatyp, orsakad bl a av den relativt långsamma vatten- omsättningen, speciellt i stora varmvattenberedare. Denna risk har f ö accentuerats på senare tid genom att man allt oftare i syfte att spara energi eller att minska korro- sionsbenägenheten sänker vattentemperaturen i beredarna från t ex 80°C till 50°C. Detta har i sin tur lett till en diskussion bland experter på området om inte obligatorisk och regelbunden mekanisk rengöring av beredarnas innerytor borde föreskrivas.Another shortcoming that all water heaters share is the risk of growth of bacteria, for example of the legionella type, caused by, among other things, the relatively slow water turnover, especially in large water heaters. This risk has recently been accentuated by lowering the water temperature in the boilers from 80 ° C to 50 ° C more and more often in order to save energy or to reduce the tendency to corrosion. This in turn has led to a discussion among experts in the field as to whether mandatory and regular mechanical cleaning of the internal surfaces of the boilers should not be prescribed.

Medan varmvattenberedarnas förstnämnda brist under många år inte har medfört något radikalt nytänkande hos de berörda tillverkarna, har beredarnas sistnämnda brist på kort tid fått många tillverkare att helt överge de tradi- tionella varmvattenberedarna till förmån för konstruktio- ner innefattande värmeväxlare.While the former shortage of water heaters for many years has not led to any radical innovation among the manufacturers concerned, the latter shortage of water heaters has in a short time led many manufacturers to completely abandon the traditional water heaters in favor of designs including heat exchangers.

Den ringa vattenvolymen på exempelvis 0,3 l i en plattvärmeväxlare avsedd för ett hushåll jämfört med vat- tenvolymen på ca 300 l i en vanlig varmvattenberedare av elektrisk typ, medför en dramatisk skillnad på ca l:l0OO i vattenomsättning och utgör ett utmärkt motmedel mot bakte- rietillväxt.The small water volume of, for example, 0.3 l in a plate heat exchanger intended for a household compared with the water volume of about 300 l in an ordinary electric water heater, results in a dramatic difference of about 1: 100 in water turnover and is an excellent antidote to baking. growth.

För att en värmeväxlare ska fungera krävs någon form av effektstyrning för anpassning till ett pågående uttag av varmvatten. Vid nuvarande lösningar åstadkommes denna styrning med hjälp av en reglerventil, som på värmeväxla- rens primärsida stryper varmvattenflödet eller blandar värmevatten, som av en cirkulationspump matas in i värme- växlaren, med i värmeväxlaren nedkylt vatten, så att rätt uttemperatur från värmeväxlarens sekundärsida erhålles.For a heat exchanger to work, some form of power control is required for adaptation to an ongoing outlet of hot water. With current solutions, this control is achieved by means of a control valve, which on the primary side of the heat exchanger restricts the hot water flow or mixes hot water, which is fed into the heat exchanger by a circulation pump, with water cooled in the heat exchanger, so that the correct heat exchanger

Ventilen är i allmänhet av självverkande typ och har ett termostatelement som indirekt avkänner temperaturföränd- 505 86_2. 3 ringarna i värmeväxlarens primärkrets vid uttag av vatten fràn dess sekundärkrets.The valve is generally of the self-acting type and has a thermostat element which indirectly senses temperature changes. 3 rings in the primary circuit of the heat exchanger when withdrawing water from its secondary circuit.

Utöver effektstyrningen finns för reducering av energiàtgángen oftast en strömställare, som med hjälp av en flödesgivare avkänner om vatten tas ut på värmeväxla- rens sekundärsida och som i beroende därav startar och stannar cirkulationspumpen. Även om de nuvarande värmeväxlarlösningarna effektivt undanröjer de bada ovannämnda bristerna med de traditio- nella varmvattenberedarna, finns det ännu en del brister som återstår att lösa.In addition to the power control, there is usually a switch for reducing energy consumption, which with the help of a flow sensor detects if water is taken out on the secondary side of the heat exchanger and which, depending on this, starts and stops the circulation pump. Although the current heat exchanger solutions effectively eliminate the two above-mentioned shortcomings with the traditional water heaters, there are still some shortcomings that remain to be solved.

För det första har det visat sig att det nuvarande sättet att reglera varmvattentemperaturen speciellt vid samtidigt uttag av varmvatten på flera ställen, exempelvis vid ett handfat och en dusch, medför obehagligt stora tem- peraturvariationer pà nágondera ställe vid inledning eller avslutning av varmvattenuttaget på det andra stället.Firstly, it has been found that the current way of regulating the hot water temperature, especially when simultaneously drawing hot water in several places, for example at a sink and a shower, entails uncomfortably large temperature variations at one place at the beginning or end of the hot water withdrawal at the other. instead.

För det andra är det nuvarande sättet att reglera varmvattentemperaturen inte särskilt kostnadseffektivt.Second, the current way of regulating hot water temperature is not very cost-effective.

Detta har flera orsaker. En orsak är att cirkulationspum- pen vid alla varmvattenuttag, alltså även vid uttag av mycket små mängder varmvatten, arbetar pà full effekt. Vid temperaturreglering genom strypning medelst en ventil innebär detta att energi går förlorad genom att pumpen mäste arbeta mot ett ökat ledningsmotständ, och vid tempe- raturreglering genom blandning medelst en ventil kan det innebära att en ur energisynpunkt fördelaktig skiktning i en värmevattenbehàllare pá värmeväxlarens primärsida för- störs. En annan orsak till höga kostnader är kravet pà tre separata enheter, nämligen cirkulationspumpen, reglerven- tilen och flödesgivaren, enbart för temperaturregleringen.This has several causes. One reason is that the circulation pump at all hot water outlets, ie even at the outlet of very small amounts of hot water, operates at full power. In the case of temperature control by throttling by means of a valve, this means that energy is lost by the pump having to work towards an increased line resistance, and in the case of temperature control by mixing by means of a valve, this can mean that an energy-advantageous stratification is disturbed. Another reason for high costs is the requirement for three separate units, namely the circulation pump, the control valve and the flow sensor, only for the temperature control.

För det tredje är det nuvarande sättet att reglera varmvattentemperaturen föga utrymmesbesparande. Således kan de ovan nämnda tre enheterna (cirkulationspumpen, reg- lerventilen och flödesgivaren) ibland avsevärt försvåra installationen i tränga utrymmen. Detta gäller speciellt om reglerventilen är av ovan nämnda blandartyp. 5Û5 862 4 Mot bakgrund av detta är ändamàlet med föreliggande uppfinning att undanröja de hittillsvarande bristerna med de kända värmeväxlarlösningarna.Thirdly, the current way of regulating the hot water temperature is not very space-saving. Thus, the above-mentioned three units (circulation pump, control valve and flow sensor) can sometimes considerably complicate the installation in confined spaces. This is especially true if the control valve is of the above-mentioned mixer type. In view of this, the object of the present invention is to eliminate the existing shortcomings with the known heat exchanger solutions.

Detta uppnås vid en anordning av inledningsvis nämnd typ med hjälp av de särdrag som anges i den kännetecknande delen av patentkrav l. Föredragna utföringsformer av sät- tet enligt uppfinningen definieras i de underordnade kra- ven 2 och 3.This is achieved in a device of the type mentioned in the introduction with the aid of the features stated in the characterizing part of claim 1. Preferred embodiments of the method according to the invention are defined in the dependent claims 2 and 3.

En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till ritningen, på vilken ett värmeväxlararrangemang visas schematiskt.A preferred embodiment of the invention is described in more detail in the following with reference to the drawing, in which a heat exchanger arrangement is shown schematically.

Det på ritningen visade arrangemanget innefattar en plattvärmeväxlare 1 av s k motströmstyp, vid vilken ström- ningsriktningen genom värmeväxlarens l primärsida la är motriktad strömningsriktningen genom värmeväxlarens 1 sekundärsida lb.The arrangement shown in the drawing comprises a plate heat exchanger 1 of the so-called countercurrent type, in which the flow direction through the primary side 1a of the heat exchanger 1 is opposite to the flow direction through the secondary side 1b 1b of the heat exchanger 1.

Värmeväxlarens 1 primärsida la är medelst en framled- ning 2 och en returledning 3 förbunden med en värmekälla 4, som exempelvis kan vara en s k elpanna, i vilken en stor volym vatten värms upp medelst en elpatron. Primär- sidan la bildar en sluten krets tillsammans med värmekäl- lan 4 och det i denna krets befintliga värmevattnet kan därmed aldrig orsaka någon kontaminering av tappvatten pà värmeväxlarens 1 sekundärsida lb.The primary side 1a of the heat exchanger 1 is connected by means of a supply line 2 and a return line 3 to a heat source 4, which may, for example, be a so-called electric boiler, in which a large volume of water is heated by means of an immersion heater. The primary side 1a forms a closed circuit together with the heat source 4 and the heating water present in this circuit can thus never cause any contamination of tap water on the secondary side 1b of the heat exchanger 1.

I returledningen 3 är en cirkulationspump 5 införd i syfte att pumpa runt värmevattnet i nämnda krets. Pumpen 5 är av en typ vars varvtal är reglerbart i flera steg eller företrädesvis steglöst. Varvtalsregleringen styrs av en med pumpen 5 hopbyggd styrenhet 6, som har en yttre ingång 7 för en styrsignal. Både cirkulationspumpen och styrenhe- ten är av känd typ och finns tillgängliga pà marknaden i olika utföranden.In the return line 3 a circulation pump 5 is inserted for the purpose of pumping around the heating water in said circuit. The pump 5 is of a type whose speed is controllable in several steps or preferably steplessly. The speed control is controlled by a control unit 6 assembled with the pump 5, which has an external input 7 for a control signal. Both the circulation pump and the control unit are of a known type and are available on the market in various designs.

Mellan framledningen 2 och returledningen 3 kan, sà- som framgår av ritningen, en shuntledning 8 med en manuellt inställbar strypventil 9 vara anbragt. Tanken med shuntledningen 8 är att det vid höga framledningstempera- turer ska vara möjligt att genom blandning sänka vatten- 10 15 20 25 30 35 sos 362 5 temperaturen till en temperaturnivå som vid kalkhaltigt tappvatten minskar risken för kalkutfällning på värmeväx- larens 1 sekundärsida lb.Between the supply line 2 and the return line 3, as can be seen from the drawing, a shunt line 8 with a manually adjustable throttle valve 9 can be arranged. The idea with the shunt line 8 is that at high flow temperatures it should be possible to lower the temperature by mixing to a temperature level which, in the case of calcareous tap water, reduces the risk of limescale precipitation on the secondary side 1b lb of the heat exchanger.

Värmeväxlarens 1 sekundärsida lb har ett inlopp 10 och ett utlopp 11 för tappvatten. Därvid är inloppet 10 kopplat till en kallvattenledning 12 och utloppet ll kopp- lat till en varmvattenledning 13, som exempelvis kan leda till ett handfat och en dusch (ej visade).The secondary side 1b 1b of the heat exchanger 1 has an inlet 10 and an outlet 11 for tap water. In this case, the inlet 10 is connected to a cold water line 12 and the outlet 11 is connected to a hot water line 13, which can, for example, lead to a sink and a shower (not shown).

Vid utloppet 11 är en temperaturgivare 14 anordnad för avkänning av det uttagna tappvattnets temperatur Tact.At the outlet 11, a temperature sensor 14 is arranged for sensing the temperature of the tapped tap water taken out.

Temperaturgivaren 14 är företrädesvis en glasinklädd ter- mistor, som är så monterad att den inskjuter i värmeväxla- ren 1 för att, förutom att avkänna det utgående tappvatt- nets temperatur, snabbt kunna avkänna avslutad tappning genom den temperaturökning detta åstadkommer inuti värme- växlaren.The temperature sensor 14 is preferably a glass-clad thermistor, which is mounted so that it inserts into the heat exchanger 1 in order, in addition to sensing the temperature of the outgoing tap water, to be able to quickly sense completed tapping by the temperature increase this causes inside the heat exchanger.

Temperaturgivaren 14 och styrenhetens 6 ingång 7 är förbundna med varandra medelst en signalledning 15, som på ritningen visas med streckade linjer. Via signalledningen 15 sänder temperaturgivaren 14 kontinuerligt temperatur- information till styrenheten 6, som med hjälp av denna in- formation styr den varvtalsreglerbara cirkulationspumpen 5 i enlighet med tre förutbestämda temperaturvärden.The temperature sensor 14 and the input 7 of the control unit 6 are connected to each other by means of a signal line 15, which is shown in the drawing in broken lines. Via the signal line 15, the temperature sensor 14 continuously sends temperature information to the control unit 6, which by means of this information controls the speed-controllable circulation pump 5 in accordance with three predetermined temperature values.

Temperaturvärdena är i temperaturordning nedifrån och uppåt: ett startvärde Tmin, vilket exempelvis kan vara satt till 15°c; ett börvärde Tset, till so°c; och ett stoppvärde Tmax, vilket exempelvis kan vara satt till 6o°c.The temperature values are in temperature order from bottom to top: a starting value Tmin, which for example can be set to 15 ° c; a setpoint Tset, to so ° c; and a stop value Tmax, which may, for example, be set to 60 ° C.

När den av temperaturgivaren 14 avkända temperaturen vilket exempelvis kan vara satt Tact sjunker under startvärdet Tmin, vilket sker när vat- ten tas ut från varmvattenledningen 13 och således kall- vatten från ledningen 12 strömmar in i värmeväxlarens 1 sekundärsida lb, 5. Åtminstone initialt får pumpen 5 rotera med maximal startar styrenheten 6 cirkulationspumpen 10 Vw 20 25 30 35 505 862 6 hastighet i syfte att snabbt lyfta varmvattnets ärvärde Tact upp i nivà med det förutbestämda börvärdet Tset. När så skett reduceras pumpens 5 varvtal åter till ett lämp- ligt varvtal för bibehållande av temperaturen Tact i nivå med börvärdet TS Nämnda varvtalsreducering kan därvid et' när vattenuttaget är minimalt med hjälp av pulsteknik drivas så långt att pumpen 5 nästan stannar. Helt stoppas dock inte pumpen 5 förrän varmvattnets ärvärde Ta när Ct stoppvärdet Tm som uppàt ligger utanför det acceptabla ax' regleromràdet kring börvärdet TS Temperaturen T nås praktiskt taget endast då vattenâëtaget upphör helïšx Det är givetvis också möjligt för styrenheten 6 att bibehålla maximal hastighet för pumpen 5 om börvärdet Tset ej nàs eller att efter en tidigare sänkning àter öka pum- pens hastighet om börvärdet Tset tenderar att understigas p g a ökat Vattenuttag eller p g a avkylning av värmevatt- net pà värmeväxlarens l primärsida la.When the temperature sensed by the temperature sensor 14, which may for example be set Tact, falls below the starting value Tmin, which occurs when the water is taken out of the hot water line 13 and thus cold water from the line 12 flows into the heat exchanger 1's secondary side 1b, 5. the pump 5 rotates at maximum, the control unit 6 starts the circulation pump 10 Vw 20 25 30 35 505 862 6 speed in order to quickly raise the actual value of the hot water Tact up to the level of the predetermined setpoint Tset. When this has been done, the speed of the pump 5 is reduced again to a suitable speed for maintaining the temperature Tact in level with the setpoint TS. The said speed reduction can then be driven so far that the pump 5 almost stops by means of pulse technology. However, the pump 5 is not completely stopped until the actual value of the hot water Ta when Ct the stop value Tm which is up is outside the acceptable axis' control range around the setpoint TS The temperature T is reached practically only when the water intake ceases completely It is of course also possible for the control unit 6 to maintain maximum speed for the pump 5 if the setpoint Tset is not reached or to increase the pump speed again after a previous reduction if the setpoint Tset tends to be lower due to increased water abstraction or due to cooling of the heating water on the heat exchanger l the primary side la.

Vid kraftig avkylning av värmevattnet, vilket exem- pelvis kan förekomma vid làngvarigt varmvattenuttag, har det visat sig att det ibland kan vara en fördel med ett fjärde förutbestämt temperaturvärde Toff på exempelvis 35°C för markering av en nedre varmvattentemperatur Tact, vid vilken uttag av varmvatten inte längre är menings- fullt. Temperaturvärdet Toff utnyttjas i så fall för att då det understigs av ärvärdet T medföra fránslag av pumpen 5, varigenom snabbare àtâššämntning av värmekällan 4 möjliggöres bl a tack vare den inledningsvis nämnda skiktningen av värmevattnet däri.With strong cooling of the heating water, which can occur, for example, with prolonged hot water withdrawal, it has been found that it can sometimes be an advantage to have a fourth predetermined temperature value of Toff of, for example, 35 ° C for marking a lower hot water temperature Tact. hot water is no longer meaningful. The temperature value Toff is used in that case so that when it is lower than the actual value T, the pump 5 is switched off, whereby faster access to the heat source 4 is made possible, among other things, thanks to the initially mentioned stratification of the heating water therein.

Det inses att den ovan beskrivna utföringsformen endast utgör en möjlig applikation av lösningen enligt uppfinningen och att uppfinningen även tack vare den mycket noggranna och snabbverkande temperaturreglering den möjliggör även skulle kunna komma till användning exempel- vis inom den kemiska processindustrin.It is understood that the embodiment described above only constitutes a possible application of the solution according to the invention and that the invention also thanks to the very accurate and fast-acting temperature control it enables could also be used, for example, in the chemical process industry.

Claims

5os_s62 PATENT REQUIREMENTS

Device, comprising a heat exchanger (1), which has a primary side (1a), which is connected by means of a supply line (2) and a return line (3) to a heat source (4), which contains a large volume of heated water, and which has a secondary side (1b), which is intended for tap water and has an inlet (10), which is connected to a cold water line (12), and an outlet (11), which is connected to a hot water line (13). ), wherein a circulation pump (5) is arranged to pump heated water through the primary side (1a) of the heat exchanger (1) and a temperature sensor (14) is arranged to sense the temperature of the tap water (Tact) at the outlet (11) of the secondary side (1b), characterized in that the speed of the circulation pump (5) is controllable and thus also the flow rate of the heated water through said primary side (1a), that a control unit (6) for regulating the speed of the circulation pump (5) in dependence on the tap water temperature (Tact) is connected to both the temperature sensor (14) and the circuit the temperature pump (5), and that the temperature sensor (14) at the secondary side (lb) outlet (ll) is mounted so that it inserts into the heat exchanger (1).

Device according to Claim 1, characterized in that the heat exchanger (1) is a plate heat exchanger of the countercurrent type.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the control unit (6) comprises a pulse-forming circuit for driving the circulation pump (5).