PL218390B1 - Elektryczny podgrzewacz przepływowo-pojemnościowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektryczny podgrzewacz przepływowo-pojemnościowy ciepłej wody użytkowej (c. w. u.), w szczególności do domów jednorodzinnych, gdzie na różnych poziomach zachodzi potrzeba zainstalowania wielu punktów czerpalnych c. w. u. wyposażonych w baterie mieszające ręczne lub termostatyczne.

Znane dotychczas elektryczne podgrzewacze pojemnościowe z pompą wymuszającą obieg w pętli cieplnej podłączonej króćcem tłocznym bezpośrednio do zbiornika, charakteryzują się wysokimi kosztami eksploatacji. Natomiast elektryczne podgrzewacze przepływowe, przy dobrej sprawności energetycznej i małych gabarytach - co jest dużą zaletą - są bardzo wrażliwe na zmiany ciśnienia w sieci, tak zimnej jak i ciepłej wody, co przekłada się na małą stabilność temperatury c. w. u.. Stąd ich przydatność ogranicza się do instalowania jako punktowy pobór c. w. u..

Podgrzewacz według wynalazku składa się z:

- elektrycznego podgrzewacza przepływowego połączonego centralnie z pojemnościowym wymiennikiem ciepła wspólnym elementem konstrukcyjnym w kształcie rury osłonowej, zakończonej w dolnej części gwintem i zespolonej na stałe z dolną dennicą pojemnościowego wymiennika ciepła,

- trójdrogowego zaworu termostatycznego połączonego w dolnej części z płaszczem wymiennika pojemnościowego ciepła, z pętlą powrotu ciepłej wody użytkowej oraz z pompą obiegową,

- komory mieszania i spadku ciśnienia połączonej z rurą osłonową przez króciec stycznie przyspawany do rury osłonowej,

- przetwornika ciśnienia połączonego z komorą mieszania i spadku ciśnienia,

- grzałki elektrycznej wkręconej do rury osłonowej (wskazana moc min. 6 kW),

- termoregulatora z zadajnikiem temperatury dla dwóch czujników umieszczonych na dwóch poziomach w pochwach przyspawanych w pobocznicę pojemnościowego wymiennika ciepła, wyznaczających dwa zakresy objętościowe przygotowania c. w. u. wg zależności V1 = 0,3 V2,

- czujnika obecności ciśnienia, zaworu bezpieczeństwa, objętościowego naczynia kompensującego cieplną rozszerzalność wody, anody magnezytowej, automatycznego odpowietrznika pętli cieplnej, wchodzące w standardowe zabezpieczenie użytkowania urządzenia,

- zasilania elektrycznego, sterownika i programatora.

Zimna woda sieciowa doprowadzana jest do elektrycznego podgrzewacza przepływowego przez kryzę dławiącą, umieszczoną w komorze mieszania i spadku ciśnienia. Dolna część rury osłonowej ma wykonaną poniżej stałego połączenia z pojemnościowym wymiennikiem ciepła kryzę dławiącą a powyżej połączenia otwory po obwodzie. Zastosowanie rury osłonowej o szczególnych cechach konstrukcyjnych (kryza wewnętrzna i otwory po obwodzie) pozwoliło w prosty sposób połączyć elektryczny podgrzewacz przepływowy o stałej mocy cieplnej z pojemnościowym wymiennikiem ciepła. Zadaniem kryzy wewnętrznej jest intensyfikowanie wewnętrznego obiegu wody pomiędzy elektrycznym podgrzewaczem przepływowym a pojemnościowym wymiennikiem ciepła oznaczonego w dalszej części jako obieg pierwszy - O1. Wykonane otwory po obwodzie rury osłonowej łączą obszar objętościowy elektrycznego podgrzewacza przepływowego i pojemnościowego wymiennika ciepła na zasadzie naczyń połączonych, równoważąc ciśnienia hydrostatyczne obu obszarów objętościowych utrzymują strefę rozdziału ciepłej i zimnej wody przy ładowaniu i rozładowywaniu pojemnościowego pojemnika ciepła w zakresie pojemności użytkowych V1 lub V2. Zawór trójdrogowy termostatyczny powoduje, po osiągnięciu w zewnętrznej pętli cieplnej jako obiegu drugiego - O2 temperatury wody 38°C ± 2°C, samoczynne przełączenie na obieg trzeci - O3. Otworzenie baterii w dowolnym punkcie czerpalnym pętli cieplnej powoduje przepływ zimnej wody sieciowej jako obieg czwarty - O4 przez komorę mieszania i spadku ciśnienia gdzie miesza się z obiegiem O2 lub O3, przepływając dalej przez kryzę rury osłonowej miesza się z obiegiem O1.

Zaletą elektrycznego podgrzewacza przepływowo-pojemnościowego wody według wynalazku jest zastosowanie elektrycznego podgrzewacza przepływowego o stałej mocy cieplnej jako źródło ciepła pojemnościowego wymiennika ciepła ładowanego i rozładowywanego od góry z zachowaniem pionowej i poziomej strefy rozdziału zimnej i ciepłej wody oraz z możliwością wyboru objętości grzanej wody V1 lub V2. Zastosowane rozwiązania konstrukcyjne, w szczególności trójdrogowy zawór termostatyczny, komora mieszania i spadku ciśnienia skonfigurowane z jednej strony z elektrycznym podgrzewaczem przepływowym a z drugiej strony z wymiennikiem pojemnościowym ciepła oraz pętlą ciepła i siecią zimnej wody spowodowały optymalizację czterech obiegów wody, spełniając przypisane im funkcje, co umożliwia pracę urządzenia z dobrą stabilizacją temperatury, przy równoczesnym koPL 218 390 B1 rzystaniu z kilku punktów czerpalnych c. w. u.. Zastosowanie w wynalazku komory mieszania i spadku ciśnienia pozwala na przepływ obiegu O2 lub O3 lub mieszanie obiegu O4 z O2 lub obiegu O4 z O3, a ponadto wartość spadku ciśnienia w funkcji czasu jest wykorzystana dwuwariantowo do sterowania ręcznego lub automatycznego.

Przedmiot wynalazku przedstawiony w przykładzie wykonania na rys. 1 zbudowany jest z rury osłonowej 1, która w dolnej części ma wykonany gwint 2 do połączenia z grzałką elektryczną 3 (z regulowanym wewnętrznym zabezpieczeniem termicznym), kryzy wewnętrznej 4, nad którą wykonane są po obwodzie rury osłonowej 1 otwory 5. Między gwintem 2 a wewnętrzną kryzą 4 rury osłonowej 1 jest stycznie przyspawany króciec 6. Rura osłonowa 1 połączona jest spoiną z pojemnościowym wymiennikiem ciepła 7 centralnie wzdłuż pionowej osi symetrii tak, aby otwory 5 znajdowały się powyżej płaskiego obszaru dennicy dolnej 8. Do pobocznicy wymiennika pojemnościowego ciepła 7 przyspawane są: pochwy 9 i 10 czujek poziomu temperatury termoregulatora z zadajnikiem temperatury 11, w górnej dennicy 12 króciec 13 do montażu i wymiany anody magnezytowej 14, króciec 15 jako wyjście c. w. u. do pętli cieplnej oraz króciec recyrkulacji 16. Między króćcem 16, zaworem zwrotnym 27 i pompą 24 zamocowany jest trójdrogowy zawór termostatyczny 17 w obudowie którego na dwóch podporach 18 i 19 podparty jest przesuwnie trzpień 20, do którego przymocowana jest płytka zaworowa 21. Między płytkę 21 a podporę 19 wstawiona jest sprężyna rozprężna 22, która pozycjonuje płytkę zaworową 21 w lewym położeniu, zamykając przepływ przez króciec recyrkulacji 16. Na trzpieniu 20 za podporą 19 zamontowany jest zestaw płytek bimetalicznych 23, który po osiągnięciu temperatury 38°C ± 2°C, pokonuje opór sprężyny 22, przesuwa trzpień 20 z płytką zaworową 21 w położenie prawe, zamykając obieg pętli cieplnej otwiera obieg wody z pojemnościowego wymiennika ciepła 7 przez króciec recyrkulacji 16, pompę 24, zawór zwrotny 26, komorę mieszania i spadku ciśnienia 25, króciec 6 na grzałkę elektryczną 3 i rurą osłonową 1 wraca do pojemnościowego wymiennika ciepła, ładując go ciepłą wodą od góry. Przez zawór odcinający 29, zawór zwrotny 28, wewnętrzną kryzę dławiącą 30 komory mieszania i spadku ciśnienia 25, króciec 6 podawana jest zimna woda sieciowa na grzałkę elektryczną 3, gdzie zagrzewana w rurze osłonowej 1 ładuje od góry pojemnościowy wymiennik ciepła 7. W płaszczyźnie prostopadłej do linii przepływu zimnej wody sieciowej za wewnętrzną kryzą dławiącą 30 w obszar spadku ciśnienia podłączony jest od dołu przetwornik ciśnienia 31, a od góry przez zawór zwrotny 26, króciec tłoczny pompy 24 połączony jest z obszarem mieszania wody z obiegów wewnętrznych z bieżącą zimną wodą sieciową. Za zaworem zwrotnym 28 w kierunku przepływu zimnej wody sieciowej zamontowany jest czujnik obecności ciśnienia 32 i zawór bezpieczeństwa 33. Na króćcu odbioru c. w. u. 15 zamocowane jest naczynie do kompensacji termicznego przyrostu objętości ciepłej wody 34, a w najwyższym punkcie pętli ciepłej odpowietrznik 35.

W elektrycznym podgrzewaczu przepływowo-pojemnościowym c. w. u. realizowane są według rys. 1 cztery obiegi podgrzewania wody: O1, O2, O3, O4. Obieg O1 jako wewnętrzny grawitacyjny występuje między elektrycznym podgrzewaczem przepływowym, który składa się z grzałki elektrycznej 3 zamontowanej w rurze osłonowej 1 za pomocą gwintu 2 a wymiennikiem pojemnościowym 7, z którego wskutek różnicy temperatury woda z obszaru zimnego przepływa przez otwory 5 w rurze osłonowej 1 do obszaru ciepłego. Obieg O1 jest intensyfikowany i mieszany z pozostałymi trzema obiegami po przejściu przez kryzę wewnętrzną 4 rury osłonowej 1 przy równoczesnej pracy pompy 24 i grzałki elektrycznej 3. Obieg O1 cyrkuluje wodę w pojemnościowym wymienniku ciepła 7 z przestrzeni między króćcem recyrkulacji 16 a dolną dennicą 8. W realizacji obiegu O2 biorą udział: pompa 24, zawór zwrotny 26, komora mieszania i spadku ciśnienia 25, króciec 6, grzałka elektryczna w rurze osłonowej 1, króciec odbioru c. w. u. 15, pętla cieplna, zawór zwrotny 27, trójdrogowy zawór termostatyczny 17, pompa 24. Wzrost temperatury wody w obiegu 02 podnosi również temperaturę zestawu płytek bimetalicznych 23, które po osiągnięciu temperatury 38°C ± 2°C ulegają odkształceniu, a które przekłada się na pokonanie oporu sprężyny 22 i przesunięcie trzpienia 20 oraz połączonej z nim płytki zaworowej 21 w prawo (rys. 1), co powoduje zamknięcie obiegu O2 i otworzenie drogi dla obiegu O3 przy pracującej w dalszym ciągu pompie 24, która przez zawór zwrotny 26, komorę mieszania i spadku ciśnienia 25, króciec 6 tłoczy wodę na grzałkę elektryczną 3 i rurą osłonową 1 ładuje ciepłą wodą pojemnościowy wymiennik ciepła 7 od góry. Tworząca się strefa rozdziału wody ciepłej i zimnej przemieszcza się w dół w kierunku króćca recyrkulacji 16, którym zimna woda kierowana jest przez trójdrogowy zawór termostatyczny 17 na króciec ssący pompy 24. Obieg O3 jest realizowany dla dwóch zakresów objętościowych określonych położeniem czujek temperatury w pochwach 9 i 10 (odpowiednio dla V2, t2 i V1, t1). Wybór zakresu objętościowego dokonywany jest krotnością spadku ciśnienia w funkcji czasu. Wartość spadku ciśnienia oraz zmiany temperatury są przesyłane do układu zasilania

PL 218 390 B1 i sterowania przez przetwornik ciśnienia 31 i termoregulator z zadajnikiem temperatury 11. Uruchomienie w dowolnym punkcie pętli cieplnej poboru c. w. u. spowoduje realizację obiegu O4 rozładowania pojemnościowego wymiennika ciepła 7 przez króciec odbioru c. w. u. 15. W tym samym czasie zimna woda sieciowa przepływa przez zawór odcinający 29, zawór zwrotny 28 i kryzę dławiącą 30 do komory mieszania i spadku ciśnienia 25, gdzie po zmieszaniu z wodą obiegu O3, płynie dalej króćcem 6 do rury osłonowej 1 skąd przez otwory 5 wykonane po obwodzie w dolnej części rury osłonowej 1, przepływa do dolnej części pojemnościowego wymiennika 7, tworząc począwszy od dolnej dennicy 8 strefę rozdziału wody zimnej i ciepłej przemieszczającej się do góry w kierunku króćca odbioru c. w. u. 15. Strefa rozdziału wody zimnej i ciepłej przemieszcza się równocześnie w płaszczyźnie poziomej, w pojemnościowym wymienniku ciepła 7 i rurze osłonowej 1 na zasadzie naczyń połączonych otworami 5. Osiągnięcie przez strefę zimnej wody poziomu czujki temperatury t1 lub t2, przy równoczesnym ciągłym spadku ciśnienia spowoduje załączenie pompy 24 i grzałki elektrycznej 3, w wyniku czego w komorze mieszania i spadku ciśnienia 25 wystąpi mieszanie wody obiegu O4 z O3.

Claims (5)

1. Elektryczny podgrzewacz przepływowo-pojemnościowy przeznaczony do zasilania sieci ciepłej wody użytkowej, w szczególności sieci ciepłej wody użytkowej o wielu punktach poboru wody, składający się ze zbiornika pojemnościowego, w którym co najmniej częściowo usytuowana jest rura osłonowa z umieszczoną wewnątrz grzałką elektryczną, przy czym rura osłonowa w części znajdującej się wewnątrz zbiornika pojemnościowego ma wykonane otwory, a zbiornik pojemnościowy ma króćce do połączenia z siecią ciepłej wody użytkowej, znamienny tym, że jest wyposażony w trójdrożny zawór termostatyczny (17), który ma pierwszy wlot, drugi wlot oraz wylot, przy czym pierwszy wlot jest skokowo otwierany i jest połączony z króćcem cyrkulacji (16) zbiornika pojemnościowego (7), a drugi wlot poprzez zawór zwrotny (27) jest połączony z siecią ciepłej wody użytkowej, natomiast wylot kolejno poprzez pompę obiegową (24) i zawór zwrotny (26) jest połączony z pierwszym wlotem komory mieszania i spadku ciśnienia wody (25), która drugim wlotem kolejno poprzez zawór zwrotny (28) i zawór odcinający (29) jest połączona z siecią wody zimnej, natomiast wylotem poprzez króciec (6) jest ona połączona z rurą osłonową (1), ponadto komora mieszania i spadku ciśnienia wody (25) jest połączona z przetwornikiem ciśnienia (31) i jest wyposażona w wewnętrzną kryzę dławiącą (30), połączenie króćca (6) z rurą osłonową (1), korzystnie jest styczne, a w rurze osłonowej (1) za pomocą gwintu (2) zamontowana jest grzałka elektryczna (3).

2. Elektryczny podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że rura osłonowa (1) powyżej króćca (6) ma wykonane przewężenie (4), a powyżej obszaru płaskiego dennicy (8) zbiornika pojemnościowego (7), z którym to obszarem jest bezpośrednio połączona, ma na swym obwodzie wykonane otwory (5).

3. Elektryczny podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że trójdrożny zawór termostatyczny (17) do skokowego otwierania pierwszego wlotu jest wyposażony w zestaw płytek bimetalicznych (23), korzystnie umieszczonych od strony powrotu wody z sieci ciepłej wody użytkowej.

4. Elektryczny podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik pojemnościowy (7) ma dwa opcjonalne poziomy pomiaru temperatury wody, odpowiadające dwóm różnym użytkowym objętościom ciepłej wody użytkowej, które są wyznaczone przez pochwy (9, 10) czujek termoregulatora (11).

5. Elektryczny podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że w komorze mieszania i spadku ciśnienia wody (25) wewnętrzna kryza dławiąca (30) jest umieszczona od strony połączenia