Устройство для подключения теплообменника бытового устройства забора горячей воды к централизованной тепловой сети - RU2240475C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для подключения теплообменника для бытового устройства забора горячей воды и при необходимости бытового отопительного оборудования к централизованной тепловой сети, содержащему первый вентиль, управляемый в зависимости от расхода через устройство забора горячей воды, и второй вентиль, управляемый температурой забираемой горячей воды, причем оба вентиля расположены между централизованной тепловой сетью и первичной стороной теплообменника, вторичная сторона которого соединена с устройством забора горячей воды.

В известном устройстве такого типа (DE 19907509 А1) первый и второй вентили включены последовательно. Первый вентиль управляется в зависимости от падения давления на дросселе, расположенном в трубопроводе для подвода холодной воды на вторичной стороне теплообменника. Второй вентиль управляется датчиком температуры, который измеряет температуру горячей воды на вторичной стороне теплообменника. При этом должно достигаться как можно более точное регулирование температуры забираемой горячей воды при изменении расхода, температуры и разности давлений в первичном контуре, а при изменении температуры холодной воды во вторичном контуре теплообменника температура горячей воды, забираемой через устройство забора, при данном заборе должна поддерживаться как можно более постоянной. Далее, расход на первичной стороне теплообменника должен быть согласован с текущим расходом на его вторичной стороне.

В известном устройстве регулирование расхода на первичной стороне теплообменника обеспечивает при данной величине забора на его вторичной стороне правильный расход при данной исходной температуре на первичной стороне, например, 70°С и полностью открытом втором вентиле, управляемом в зависимости от температуры. Если исходная температура возрастает, то первый вентиль, управляемый в зависимости от расхода на первичной стороне, будет иметь ту же самую степень открытия, в то время как значение kv второго вентиля, управляемого в зависимости от температуры, уменьшается, чтобы расход на первичной стороне снова соответствовал количеству тепла, которое необходимо передать через теплообменник для поддержания постоянной температуры на вторичной стороне. Следовательно, при максимальной исходной температуре на первичной стороне теплообменника степень открытия управляемого в зависимости от температуры второго вентиля мала.

Так как квадрат общего обратного значения kv обоих последовательно включенных вентилей равен сумме квадратов обратных значений kv этих вентилей, значение kv вентиля, управляемого в зависимости от температуры, составляет большую часть общего значения kv, так что Р-область (область пропорциональности) вентиля, управляемого в зависимости от температуры, должна быть широкой, чтобы достигнуть стабильного (свободного от колебаний) регулирования температуры горячей воды на вторичной стороне теплообменника при малых величинах забора.

В основе изобретения лежит задача создать устройство описанного выше типа, в котором лучше используется мощность централизованной тепловой сети и в котором точное и стабильное регулирование температуры забираемой горячей воды может выполняться простым образом.

Согласно изобретению, эта задача решена посредством того, что первый и второй вентили включены параллельно. Этим достигается пропорциональное управление обоих вентилей в зависимости от величины забора. Преимущество параллельного включения двух вентилей состоит в том, что при малых величинах забора исключаются колебания температуры забираемой горячей воды. Кроме того, в случае параллельно включенных вентилей общее значение kv соответствует сумме значений kv каждого отдельного вентиля. Поэтому значение kv вентиля, управляемого в зависимости от температуры, образует только малую часть общего значения kv, так что возможно стабильное регулирование температуры с меньшей областью пропорциональности по сравнению с вентилями, включенными последовательно.

Если принять, что общее значение kv при параллельном включении вентилей такое же, как при последовательном включении, чтобы передавать такое же количество тепла, то область пропорциональности включенных последовательно вентилей должна быть более чем в два раза больше области пропорциональности параллельно включенных вентилей. Поэтому посредством параллельного включения вентилей можно простым путем достичь более точного регулирования температуры, если предполагается такая же стабильность, как в случае последовательно включенных вентилей.

Использование первого вентиля, управляемого в зависимости от расхода в устройстве забора, дает преимущество, состоящее в том, что расход на первичной стороне теплообменника может быть быстро отрегулирован на текущую величину забора горячей воды.

При последовательно включенных вентилях один вентиль не может в отдельности повысить общий расход сверх граничного значения, которое определяется самым маленьким вентилем. Поэтому когда забор горячей воды заканчивается, первый вентиль, управляемый в зависимости от расхода в устройстве забора горячей воды, перекрывает поток на первичной стороне. При этом второй вентиль, управляемый в зависимости от температуры, бездействует.

При параллельно включенных вентилях общий расход на первичной стороне равен сумме расходов через оба вентиля. Поэтому если забор горячей воды заканчивается, первый вентиль, управляемый в зависимости от расхода, закрывается, так что общий расход снижается. Второй вентиль, управляемый в зависимости от температуры, остается в работе и регулируется так, что температура его датчика соответствует желательной температуре забора. Теплообменник и его первичный контур поддерживаются горячими, так что при открытии устройства забора сразу же течет горячая вода.

Целесообразно, чтобы при наличии отопительного оборудования первый вентиль был приоритетным вентилем, через который отопительное оборудование соединено также с централизованной тепловой сетью и который при заборе горячей воды дросселирует или перекрывает поток горячей воды к отопительному оборудованию.

Приоритетный вентиль является предпочтительно трехходовым вентилем, выполненным с возможностью управления посредством мембраны в зависимости от расхода в устройстве забора горячей воды. При заборе горячей воды давление на одну сторону мембраны уменьшается. При этом подвод горячей воды из централизованной тепловой сети в отопительное оборудование дросселируется или перекрывается, так что лучше используется мощность централизованной тепловой сети для получения горячей воды на стороне забора.

Запорный элемент первого вентиля может быть соединен с сервоприводом, который при падении давления во вторичном трубопроводе теплообменника перемещает запорный элемент.

Целесообразно, чтобы запорный элемент первого вентиля был соединен с одной стороной мембраны в корпусной части, а другая сторона мембраны была соединена со вторичным трубопроводом теплообменника. При заборе горячей воды давление на обращенную к приоритетному вентилю сторону мембраны падает, так что соединение с отопительным оборудованием дросселируется и расход на первичной стороне теплообменника увеличивается.

Вторичный трубопровод теплообменника предпочтительно является трубопроводом для подвода холодной воды, а мембрана соединена с запорным элементом третьего вентиля, установленного в трубопроводе для подвода холодной воды. Благодаря этому повышается срок службы мембраны. С функциональной точки зрения мембрана может быть также расположена на стороне горячей воды.

Предпочтительно, чтобы все вентили имели общий корпус. В этом случае получается очень компактная конструкция устройства, без длинных каналов и внутренних соединений. Соответственно затраты на монтаж оказываются ниже, чем при соединении отдельных деталей через несколько трубопроводов.

В частности, устройство может быть выполнено так, что первый вентиль имеет вытянутую в продольном направлении цилиндрическую корпусную часть, в которой установлен запорный элемент первого вентиля с возможностью перемещения в продольном направлении и на одном конце которой расположена корпусная часть сервопривода таким образом, что мембрана расположена соосно с продольной осью корпусной части первого вентиля, при этом корпусная часть сервопривода одновременно образует корпусную часть третьего вентиля; поперек по отношению к корпусной части первого вентиля расположена корпусная часть второго вентиля с размещенным на ней терморегулятором для приведения в действие второго вентиля; датчик температуры терморегулятора состоит в тепловом контакте с выходом горячей воды теплообменника, а второй вентиль включен между входом первого вентиля и его выходом, соединенным с теплообменником.

В дополнение к этому на корпусных частях первого и второго вентилей поперек по отношению к ним может быть расположена корпусная часть четвертого вентиля, установленного на находящейся под действием входного давления входной стороне первого и второго вентилей и выполненного с возможностью управления в зависимости от разности давлений между входной стороной и выходной стороной первого и второго вентилей.

При этом с корпусной частью четвертого вентиля может быть соединена корпусная часть дифференциального датчика давления, имеющего мембрану, которая соединена с запорным элементом четвертого вентиля и подвергается на одной стороне давлению на входе первого и второго вентилей, а на другой стороне - давлению на выходе первого и второго вентилей.

Изобретение описывается далее более подробно на примере предпочтительного варианта его выполнения со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает электрическую схему устройства согласно изобретению, соединяющего централизованную тепловую сеть и сеть холодной воды с теплообменником устройства забора горячей воды и отопительным оборудованием,

фиг.2 - конструкцию устройства согласно изобретению, соответствующего фиг.1, на виде сбоку,

фиг.3 - разрез III-III на фиг.2,

фиг.4 - разрез IV-IV на фиг.2 и

фиг.5 - разрез V-V на фиг.4.

Согласно фиг.1, теплообменник 1 и отопительное оборудование 2, состоящее из одного или нескольких радиаторов отопления, могут подключаться к централизованной тепловой сети FW и сети KW холодной воды через устройство 3 согласно изобретению. Теплообменник 1 и отопительное оборудование 2 находятся в квартире дома.

Первичная сторона теплообменника 1 соединяется через подводящий трубопровод 4 для горячей воды из централизованной тепловой сети FW с выходным соединительным элементом 5 устройства 3. Выход первичной стороны теплообменника 1 соединен через обратный трубопровод 6 с обратным трубопроводом FR централизованной тепловой сети. Выход горячей воды вторичной стороны 9 теплообменника 1 соединен через трубопровод 10 с устройством WW забора горячей воды, состоящим из одного или нескольких вентилей для горячей воды.

Третий выходной соединительный элемент 11 для воды HW в системе отопления соединяется с входной стороной отопительного оборудования 2, обратный трубопровод HR которого соединен с трубопроводом 6.

Устройство 3 имеет на входной стороне входной соединительный элемент 12 для централизованной тепловой сети FW и входной соединительный элемент 13 для подключения сети KW холодной воды.

Устройство 3 содержит (см. также фиг.2-5) первый вентиль, в данном примере приоритетный вентиль 14 в виде трехходового вентиля, имеющего вход 15 и два выхода 16 и 17. Параллельно входу 15 и выходу 16 приоритетного вентиля 14 установлен второй вентиль 18, имеющий вход 19 и выход 20. Выход 17 приоритетного вентиля 14 соединен с выходным соединительным элементом 11. Входы 15 и 19 вентилей 14 и 18 соединены через вентиль 21 с входным соединительным элементом 12. Выходы 16 и 20 вентилей 14 и 18 соединены друг с другом и с выходным соединительным элементом 5. Устройство 3 содержит также терморегулятор 22, соединенный через трубопровод 23 с датчиком 24 температуры, который содержит расширяющееся вещество. Датчик 24 температуры измеряет температуру забираемой горячей воды на выходе вторичной стороны теплообменника 1 и в зависимости от величины расширения расширяющегося вещества так устанавливает или регулирует вентиль 18 или его запорный элемент навстречу усилию регулируемой пружины 25 номинального значения (фиг.5), что расход горячей воды из централизованной тепловой сети FW через вентиль 18 устанавливается таким, что температура на выходе теплообменника 1 остается в значительной мере постоянной, т.е. равной установленному номинальному значению, независимо от величины забора через устройство WW забора горячей воды.

Устройство 3 содержит также еще один вентиль 26, установленный между входным соединительным элементом 13, который соединяется с сетью KW холодной воды, и выходным соединительным элементом 7. Запорный элемент 27 вентиля 26 соединен с сервоприводом 28, который при падении давления во вторичном трубопроводе теплообменника 1, в данном случае в трубопроводе 8 для подвода холодной воды, перемещает запорный элемент 27 вентиля. Сервопривод 28 содержит расположенную в корпусной части 30 мембрану 29, которая соединена на одной стороне с запорным элементом 27 вентиля 26, а на другой стороне соединена через шток 31 вентиля с запорным элементом 32 приоритетного вентиля 14. От одной стороны мембраны 29 к другой имеется проход через запорный элемент 27 вентиля и мембрану 29.

При максимальном заборе горячей воды через устройство WW забора горячей воды давление Р2 (см. фиг.4) на выходной стороне вентиля 26 сильно падает по сравнению с давлением Р1 холодной воды на входной стороне вентиля 26, так что сервопривод 28 закрывает проход от центрального входа 15 приоритетного вентиля 14 к его выходу 17, который через выходной соединительный элемент 11 соединен с отопительным оборудованием 2, и полностью открывает проход от центрального входа 15 к выходу 16, соединенному с первичной стороной теплообменника 1 через выходной соединительный элемент 5 и подводящий трубопровод 4. Вследствие этого максимальное количество горячей воды при полностью открытом вентиле 21 поступает через приоритетный вентиль 14 к теплообменнику 1. Если забор горячей воды через теплообменник 1 заканчивается (блокируется), то вентиль 26 переключает через сервопривод 28 приоритетный вентиль 14 в другое конечное положение, в котором выход 16 закрыт, а выход 17 полностью открыт, так что максимальное количество горячей воды из централизованной тепловой сети FW через открытый вентиль 21 и приоритетный вентиль 14 может поступать к отопительному оборудованию 2. При промежуточном значении забора горячей воды через устройство WW забора горячей воды запорный элемент 32 приоритетного вентиля 14 занимает промежуточное положение, при котором подвод горячей воды из централизованной тепловой сети FW распределяется через приоритетный вентиль 14 соответственно между теплообменником 1 и отопительным оборудованием 2.

Вентиль 21 управляется дифференциальным регулятором 33 давления. Дифференциальный регулятор 33 давления измеряет падение давления между точкой соединения входов 15 и 19 и точкой соединения выходов 16 и 20 обоих вентилей 14 и 18, во-первых, через вентиль 21 и, во-вторых, через датчик 34 давления, который через трубопровод 35 и входной соединительный элемент 36 соединен с одной стороной мембраны 37, расположенной в дифференциальном регуляторе 33 давления. Эта же сторона мембраны 37 нагружена пружиной 38 сжатия и соединена через полый шток 39 вентиля с запорным элементом 40 вентиля 21. Входы 15, 19 вентилей 14, 18 соединены с другой стороной мембраны 37 через полый шток 39 вентиля, проходящий через запорный элемент 40. При помощи дифференциального регулятора 33 давления давление на входной стороне параллельного соединения двух вентилей 14, 18 сравнивается с давлением на выходной стороне этого соединения для управления вентилем 21, в результате чего его запорный элемент 40 перемещается навстречу усилию пружины 38, действующей в качестве задатчика номинального значения, таким образом, что падение давления на параллельном соединении вентилей 14, 18 остается постоянным независимо от колебаний давления в централизованной тепловой сети FW на входе устройства 3.

Устройство 3 имеет очень компактную конструкцию, так как все вентили имеют общий корпус. Так, приоритетный вентиль 14 имеет вытянутую в продольном направлении цилиндрическую корпусную часть 41, в которой установлен запорный элемент 32 с возможностью перемещения в продольном направлении и на одном конце которой расположена корпусная часть 30 сервопривода 28. Мембрана 29 сервопривода 28 расположена соосно с продольной осью корпусной части 41. Корпусная часть 30 сервопривода 28 одновременно образует корпусную часть вентиля 26. Поперек относительно корпусной части 41 приоритетного вентиля 14 расположена корпусная часть 42 вентиля 18, на которой для управления вентилем 18 соосно с ним установлен терморегулятор 22. На корпусных частях 41, 42 обоих вентилей 14 и 18, поперек относительно них, расположена корпусная часть 43 вентиля 21, с которой соединена корпусная часть 44 дифференциального регулятора 33 давления.

Реферат

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам отопления. В устройстве для подключения теплообменника бытового устройства забора горячей воды и бытового отопительного оборудования к централизованной тепловой сети имеются первый вентиль, управляемый в зависимости от расхода, и второй вентиль, управляемый в зависимости от температуры забираемой воды. Вентили включены параллельно между централизованной тепловой сетью и первичной стороной теплообменника, вторичная сторона которого соединена с устройством забора горячей воды. Благодаря этому достигается стабильное регулирование при малых количествах забираемой воды и область пропорциональности управляемого в зависимости от температуры вентиля может быть меньше, чем в случае последовательного соединения вентилей. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула