SE530957C2 - Värmeväxlare med temperaturstyrd ventil - Google Patents

Description

25 30 35 530 E15? 2 Företrädesvis innefattar temperaturgivaren en känselkropp som mekaniskt påverkar den första ventilen.

Lämpligen innehåller känselkroppen vax, som har ett smältningsintervall kring en förutbestämd temperatur.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka: , fig. 1 är en schematisk planvy över en värmeväxlare enligt uppfinningen, fig. 2 är en tvärsnittsvy genom några plattor med en temperaturgivare enligt uppfmningen, och fig. 3 är ett temperaturdiagram över två drififall.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsfonner Plattvärmeväxlare är allmänt kända anordningar för värmeväxling mellan två olika medier. Plattvärmeväxlare används i en mängd olika sammanhang och före- liggande uppfinning är inte heller begränsad till någon särskild tillämpning,- även om uppfinningen är utvecklad speciellt för en värmeväxlare som är avsedd att tillhandahålla varmvatten med hjälp av fjärrvärme. Uppfinningen är enklast att tillämpa vid plattvärrneväxlare av hellödd typ. Dvs. värmeväxlaren består av plattor med ett mönster av rillor samt anslutningar för inlopp och utlopp för två medier.

Plattorna placeras i ett paket och löds samman till en fast enhet. Separata kanaler bildas då för de två medierna som cirkulerar mot varandra mellan omväxlande par plattor. Denna teknik är allmänt känd och beskrivs därför inte i detalj här.

I fig. 1 visas en schematisk vy över en värmeväxlare för uppvärmning av varmvatten med hjälp av hett vatten från ett fjärrvärmenät. Värmeväxlaren l innefattar plattor 2 med två par av anslutningar. Ett par av anslutningarna består av ett inlopp 3 och ett utlopp 4 för fiärrvärmevattnet Fj. Det andra paret består av ett inlopp 5 och ett utlopp 6 för varmvattnet VV. En konventionell varmvatten- cirkulationskrets 12 kan vara ansluten i vannvattenkretsen såsom antyds med streckad linje. Det inses att varmvattnet egentligen är kallt eller i varje fall har en lägre temperatur vid inloppet 5 och uppvärms genom värmeväxlaren på väg mot utloppet 6.

Mätningen av fiärrvärmevattriet styrs av en ventil 7 som företrädesvis är monterad i fiärrvärmevattnets tilloppsledning till värmeväxlaren 1, såsom visas, eller i fjärrvärrnevattnets returledning från värmeväxlaren 1. Ventilen 7 kan alternativt vara sammanbyggd med värmeväxlaren 1. Öppningen och stängningen av ventilen 7 regleras med hjälp av en termostatfunktion som inbegriper en temperaturgivare 9, vilken kommer att förklaras mera i detalj nedan. Uttaget av l0 15 20 25 30 35 530 35? 3 varmvattnet regleras på vanligt sätt med hjälp av åtminstone en ventil 8. Ventilen 8 är vanligtvis extern och inte en del av värmeväxlaren, typiskt ett antal varmvattenkranar som fimis på olika ställen i en fastighet.

Det inkommande tjärrvärmevatmet har vanligtvis en temperatur kring l00°C.

Temperaturen kan vara både högre och lägre beroende på utomhustemperatur, dimensionerande data för aktuellt tjärrvärmesystem och andra förhållanden.

Fjärrvärmevattnet bör strömma genom värmeväxlaren, dels kontinuerligt när kranen 8 är öppen ellernär en eventuellt ansluten varmvattencirkulationskrets 12 äri drift för att värma varmvattnet och dels intennittent, om varmvattencirkulationskretsen 12 saknas eller ej är i drift, och när lcranen 8 är stängd för att åstadkomma en varrnhållning av varmvattnet i värmeväxlaren, så att det även i det fallet direkt finns tillgång till varmvatten när kranen 8 öppnas. Å andra sidan är det viktigt att fjärrvärrneventilen 7 reagerar direkt på temperaturförändringar i vannvattnet och stängs snabbt när kranen 8 stängs. Om íjärrvärmeventilen 7 fortsätter att vara för mycket öppen uppkommer en överhettning av varmvattnet, mer eller mindre allvarlig beroende på hur snabbt fiärrvärmeventilen 7 sedan stängs. Skulle kranen 8 då öppnas igen finns en skållningsrisk. Normalt bör det utgående vannvattnet aldrig ha en högre temperatur än cirka 55°C. En sen stängning av ventilen 7 medför också en förhöjd energikonsumtion och kan ge problem med kalkavlagringar i värme- växlaren.

I fig. 2 visas en temperaturgivare 9 konstruerad enligt föreliggande uppfirming. Temperaturgivaren 9 är placerad tvärs genom ett antal plattor 2. Detta är möjligt genom att hål är anordnade i plattorna, företrädesvis där åsar möts i kanalerna för fiärrvärmevatmet. Temperaturgivaren har en mycket god, praktiskt taget direkt metallisk, värmeledande kontakt med plattorna och är omfluten av varmvattnet VV (alltså mediet som värms upp) medan kanalerna för fjärrvärmevattnet Fj ligger på ett visst litet avstånd från givaren 9 beroende på åsamas bredd. För konstruktion av hål genom en värmeväxlare hänvisas till publikationerna WO 98/373 74 och WO 00/03189.

Givaren kan vara pressad eller fastlödd direkt mot plattorna 2 eller kan vara placerad i ett rör 10 som i sin tur är pressat eller fastlött mot plattorna. Den senare varianten resulterar i att temperaturgivaren är demonterbar från värmeväxlaren och enkelt kan bytas.

Värmetransporten från plattor av metall mot en givare är cirka sju gånger snabbare än värmetransporten från stillastående vatten mot en givare. Därmed blir temperaturavkänningen också snabbare i motsvarande grad jämfört med tidigare teknik. g Olika slag av temperaturgivare är tidigare kända och kan användas i föreliggande uppfinning. I föreliggande uppfinning föredras att temperaturgivaren 10 15 20 25 30 35 530 55? 4 har en känselkropp (bulb) ll som innehåller något medium som med ändrad temperatur ändrar tryck eller volym, t.ex. som föredraget vax eller paraffin (eller glycerin). Ventiler med sådana temperaturgivare är tidigare kända t ex i form av termostatventiler vid vanliga radiatorer för Vattenburen uppvärmning. När känselkroppen är varm flyter vaxet och upptar större volym. Känselkroppen är hydrauliskt och mekaniskt kopplad till ventilen 7 och den utvidgade volymen stänger ventilen 7. När vaxet är kallt är det stelnat och upptar mindre volym. En fjäderbelastning i ventilen 7 öppnar därmed ventilen 7. Vaxet lämpligen en blandning av olika paraffiner med något olikaismältpunkt, vilket medför att vaxet f°ar ett smältningsintervall mellan helt fast och flytande form. Blandningen väljs så att ventilen reagerar vid en förutbestämd temperatur T, tex. ca 55°C och smältningsintervallet bör vara tämligen smalt, tex ett smältningsintervall AT = 0,7°C. I själva smältningsintervallet från T till T+ AT är ventilen 7 mer eller mindre öppen. Vid temperaturer under smältningsintervallet är alltså ventilen helt öppen och över smältningsintervallet är den helt stängd. ' I fig. 3 visas ett temperaturdiagram över två driftfall med värmeväxlaren enligt uppfinningen. Diagrammet är representativt för temperaturen t ex vid punkten P i fig. 2. Till vänster i diagrammet visas temperaturen i fjärrvärmekretsen Fj, i mitten visas temperaturen i metallplattan, betecknad med M i fig. 3, och till höger visas temperaturen i varmvattenkretsen VV. Temperaturgivaren 9 är placerad i i metallisk kontakt på varmvattensidan och temperaturgivarens temperatur t följ er tätt temperaturen vid den högra ytan av metallväggeni fig. 3. Denna effekt förstärks av att givaren 9 är placerad i kanalerna för varmvattnet VV och fjärrvärmevattnet Fj cirkulerar på ett visst avstånd tack vare givarens placering genom åsarna för fiärrvärmevattenkanalerna.

Det första driftfallet avser situationen där varmvattenkranen 8 är stängdwoch visas med den övre temperaturkurvan A. Vi antar att kranen 8 nyss har stängts och. att ingen varmvattencirkulationskrets 12 är i drift. Fjärrvärmevatmet Fj är fortfarande varmt. På varmvattensidan sker ingen strömning, utan ett ”laminärt” tillstånd uppträder. Detta har högt värmemotstånd, varvid temperaturen i metallväggen och varmvattnet alldeles intill denna snabbt har ökat, exempelvis till ca 76°C, alltså betydligt högre än den förutbestämda temperaturen T. Detta blir också temperaturgivarens temperatur t. Därvid har vaxet i känselkroppen smält och stängt fjärrvärmeventilen 7. Observera att själva varmvattnet VV uppvärms betydligt långsammare och inte har väsentligt högre temperaturen än T.

Om varmvattenkranen 8 förblir stängd under en längre tid sjunker och utj ämnas temperaturkurvan A (visas ej). När temperaturen t i känselkroppen sjunker under T + AT börjar vaxet stelna och fiärrvärmeventilen öppnas. Då börjar varmvattnet uppvärmas. När varmvattentemperaturen och därmed temperatur- 10 15 20 925 _30 530 S57 5 givarens temperatur t stiger över T + AT stängs åter fiärrvärmeventilen 7. Därmed åstadkoms en varrnhållning av varmvattnet kring temperaturen T.

Om däremot varmvattenventilen 8 öppnas (eller varmvatten- cirkulationskretsen 12 cirkulerar varmvattnet VV) sker ett snabbare förlopp. Den nedre temperaturkurvan B i fig. 3 visar situationen vid öppen varmvattenkran 8. När 'varmvattenkranen 8 öppnas åstadkoms en turbulent strömning i varmvattnet, vilket snabbt kyler metallplattorna, speciellt vid de mötande åsarna, alltså ett sådant ställe där ternperaturgivaren 9 är placerad. Temperaturen t i givarens känselkropp 9 sjunker under temperaturen T och vaxet stelnar helt. Därvid öppnas ijärrvärmeventilen 7. Temperaturkurvan ställer snabbt in sig som vid B.

Denna situation råder tills varmvattenkranen 8 stängs (eller varmvatten- cirkulationskretsen 12 stannas). Då upphör plötsligt den turbulenta strömníngen i varmvattnet, och värmemotståndet i varmvattnet ökar så att metallen uppvärms snabbt. Sj älva varmvattnet uppvärms betydligt långsammare men temperaturgivaren 9 avkänner först och främst temperaturen i metallen. Därvid värms känselkroppen 11 snabbt upp över temperaturen T + AT och ijärrvärmeventilen 7 stängs helt.

Därigenom erhålls ingen överhettning av varmvattnet. Efter en stund är temperaturen som i den övre temperaturkurvan A.

För bästa fimlction är givaren 9 placerad så nära fiärrvärmeinloppet 3 som möjligt. Den osyrnmeuiska placeringen av givaren innebär att dubbla verktyg med fördel bör användas för att tillverka plattorna. Som ett alternativ kan uttag för temperaturgivaren göras rotationssynirnetriskt både upptill och nertill på värmeväxlaren. Endast det ena uttaget används för ternperaturgivaren medan det andra får vara tomt. Dessutom bör rjärrvärrnevatlriet strömma i motsatt riktning mot varmvatmet.

Temperaturgivaren kan vara anordnad tvärs igenom hela värmeväxlarpaketet eller endast genom ett mindre antal av plattorna. _ En faclanan på området inser att värmeväxlarens utformning med ett antal plattor och olika rillmönster, värmeväxlarens anslutningar och ventiler mm. kan varieras. Uppfinningens omfång är endast begränsat av nedanstående patentkrav.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 530 55? PATENTKRAV

1. l. Värmeväxlare (1) innefattande: plattor (2) placerade i ett paket och sammanlödda, så att separata kanaler för ett första och ett andra medium (Fj, VV) bildas mellan omväxlande par av plattor (2); två par anslutningar för inlopp (3) och utlopp (4) för det första mediet (Fj) respektive inlopp (5) och utlopp (6) för det andra mediet (VV); samt en temperaturgivare (9) anslutbar till en första ventil (7) för att reglera matningen av det första mediet (F j) genom värmeväxlaren (l), varvid det första mediet (Fj) är avsett att avge värme till det andra mediet (VV), kännetecknad av att temperaturgivaren (9) är placerad i hål genom ett antal av plattoma (2), vilka hål är anordnade i plattoma där åsar möts i kanalerna för ett av medierna, så att metallisk, värmeledande kontakt erhålles med dessa plattor, att de första (Fj) och andra (VV) mediema är anordnade att strömma mot varandra och att temperaturgivaren (9) är placerad på den del av värmeväxlaren (1) där inloppet (3) för det första mediet (Fj) och utloppet (6) för det andra mediet (VV) är placerade, att temperaturgivaren (9) är placerad närmare inloppet (3) för det första mediet (Fj), och att temperaturgivaren (9) är anordnad att styra den första ventilen (7).

2. Vänneväxlare enligt krav l, kännetecknad av att temperaturgivaren (9) är fäst mot plattorna (2).

3. Värrneväxlare enligt krav 2, kännetecknad av att temperaturgivaren (9) är fastlödd eller pressad mot plattorna (2).

4. Värmeväxlare enligt krav l, kännetecknad av att temperaturgivaren (9) är demonterbart placerad i ett rör (10) som i sin tur är fäst mot plattoma (2).

5. Vänneväxlare enligt krav 4, kännetecknad av att röret (10) är fastlött eller pressat mot plattoma (2).

6. Vänneväxlare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att temperaturgivaren (9) är placerad så att den är omgiven av kanaler för det andra mediet (VV).

7. Vänneväxlare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att temperaturgivaren (9) innefattar en känselkropp (1 l) som mekaniskt påverkar den första ventilen (7). 10 15 20 25 30 530 S57 «---«__~, f., l

8. Värmeväxlare enligt krav 7, kännetecknad av att känselkroppen (1 1) innehåller vax, varvid den första ventilen (7) är anordnad att stängas när vaxet är smält och att öppnas när vaxet är stelnat.

9. Värmeväxlare enligt krav 8, kännetecknad av att vaxet har ett smältningsintervall kring en förutbestämd temperatur T.

10. Värmeväxlare enligt krav 9, kännetecknad av att den förutbestämda temperaturen T är ca 55°C.

11. ll.Värmeväxlare enligt krav 9 eller 10, kännetecknad av att storleken av vaxets smältningsintervall är ca 0,7°C.

12. Värrneväxlare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att temperaturgivaren (9) är anordnad att öppna den första ventilen (7 ) när temperaturgivaren (9) avkänner en temperaturminskning och avkänd temperatur t är mindre än en förutbestämd temperatur T; och att temperaturgivaren (9) är anordnad att stänga den första ventilen (7) när temperaturgivaren (9) avkänner en temperaturökning och avkänd temperatur t är större än en något högre förutbestämd temperatur T+AT.

13. Värmeväxlare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att inloppet (3) och utloppet (4) för det första mediet (Fj) är anordnade att anslutas till ett tjärrvännenät och att inloppet (5) och utloppet (6) för det andra mediet (VV) är anordnade att anslutas till en varmvattenkrets vilken innehåller åtminstone en andra ventil (8) för att reglera matningen av det andra mediet (VV) genom värmeväxlaren (1)-

14. Värmeväxlare enligt krav 13, kännetecknad av att värmeväxlaren är anordnad att anslutas till en varmvattenkrets vilken även innehåller en varmvatten- cirkulationskrets (12).