ОТОПИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С УСКОРИТЕЛЕМ ДАТЧИКА
HEATING SYSTEM WITH SENSOR ACCELERATOR

Изобретение относится к установке, предназначенной для систем централизованного теплоснабжения, подключенных к теплообменнику для обеспечения бытовой горячей воды. В установке предложен ускоритель, расположенный и предназначенный для обеспечения быстрого реагирования температурного датчика, и, по крайней мере, для уменьшения потерь тепла в теплообменнике в режиме ожидания при подаче из крана бытовой горячей воды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В типичной установке из более мелких систем, обеспечивающих горячую воду для использования, например, в корпусах односемейных домов или жилищ в многоквартирных домах, такая система обычно включает в себя несколько отопительных устройств, таких как теплообменник и множество отопительных устройств, таких как радиаторы и системы обогрева полов и т.п. Теплообменник, как правило, адаптирован для нагрева бытовой воды, особенно горячей воды, например, в ваннах и т.д.
Сеть линий передает теплоноситель между устройствами, причем сеть включает подающую сеть, подключенную к отопительным устройствам, и первичный контур теплообменника, где теплоносителем может быть вода. Поток жидкости через теплообменник обычно регулируется первым регулирующим средством, таким как термостат, содержащий температурный датчик, и регулирующее устройство для задания выбранной уставки.
Система линий забора горячей воды, состоящая из линии забора и подающей линии воды, подключена к вторичной стороне теплообменника, где линия забора горячей воды предпочтительно подключена к устройству для подачи горячей воды из крана, когда это необходимо.
Температурный датчик находится в тепловом контакте с заборной горячей водой вторичной стороны теплообменника.
Первое регулирующее поток устройство регулирует поток жидкости к первичной стороне теплообменника в ответ на значение температуры, измеренной температурным датчиком, регулируя поток для получения (настраиваемого) заданного значения измеренной температуры.
В режиме ожидания системы забора горячей воды существуют две возможности. Первая - регулирование потока, когда поток к первичной стороне отсутствует, что приводит к существенно долгому времени реагирования для открытия первичного потока для пользователя, чтобы получить горячую воду из крана желаемой температуры. Особенно, если подача воды из крана низкая, из-за пропорциональной характеристики контроллера.
Вторая возможность заключается в обеспечении постоянного (предпочтительно динамического) потока к первичной стороне, что приводит к потерям энергии, поскольку теплообменник постоянно нагревается. Это часто включает в себя комбинированное регулирование потока и давления и термостат.
Такая система, однако, особенно для медленных датчиков, имеет недостатки в виде необходимой дополнительной энергии и задержек во времени по отношению к температурному датчику. Для нагрева воды во вторичной стороне теплообменника требуется энергия, а это, в сочетании со временем, требуемым для нагрева стержня температурного датчика, означает, что требуется некоторое количество энергии до того, как температурный датчик достигает температуры, при которой наступает регулирование потока первым регулирующим поток устройством. Если бы температуру датчика можно было поддерживать на более высоком уровне, то в этом случае энергия может быть снижена, что приведет к уменьшению потерь тепла и тем самым энергии.
Другая проблема возникает, когда горячую воду берут из крана; задержка в регулировании может привести к перегреву воды до начала регулирования, а это и не удобно и вызывает потери энергии. Это также создает риск накопления кальция в теплообменнике.
Известным компромиссом является внедрение ускорителей датчиков, которые, в дополнение к тепловому контакту с заборной водой из вторичной стороны теплообменника, расположены так, что они находятся в тепловом контакте с теплообменной средой, подаваемой в теплообменник, причем (незначительный) постоянный поток теплообменной среды подается на теплообменник.
Это вызывает срабатывание температурного датчика на более высокой температуре в режиме ожидания и таким образом позволяет гораздо более быстрое регулирования потока к первичной стороне теплообменника, тем самым снижая потери энергии. Система также обеспечивает высокий уровень удобства для пользователя, так как теплообменник будет нагреваться в режиме ожидания, тем самым существенно быстрее давая желаемую горячую воду для подачи из крана. Такой постоянный нагрев теплообменника, однако, будет иметь дополнительную стоимость для пользователя, что является недостатком.
Другие системы предлагают различного рода температурные датчики со значительно более быстрым срабатыванием, но даже и для таких систем установка, в соответствии с настоящим изобретением, имеет свои преимущества. Часто система имеет задержку из-за присутствия холодной воды в системе и/или вообще просто из-за времени, которое требуется для теплообмена в холодной системе.
Существуют системы, решающие эти проблемы, но они, как правило, требуют ряд часто относительно сложных и дорогих деталей.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение решает данные проблемы путем использования системы, состоящей из сети подающих линий, предназначенной для подачи теплоносителя к по крайней мере одному нагревающему устройству, причем система дополнительно содержит теплообменник с первичной стороной и вторичной стороной, где первичная сторона находится в жидкостном сообщении с подающей линией, а вторичная сторона предпочтительно подключена к водоснабжению и далее к устройствам для подачи горячей воды из крана. Поток к первичной стороне находится под управлением первого регулирующего поток устройства, содержащего температурный датчик, где температурный датчик находится в тепловом контакте с первым участком датчика, предназначенным для приема жидкости, выходящей из вторичной стороны, и где первый участок датчика находится в тепловом контакта со вторым участком датчика. Такая схема первого и второго участков датчика также называется ускорителем датчика, и пока сохраняется поток через подающую линию, температурный датчик остается на какой-то минимальной температуре, что ускоряет время срабатывания, когда бытовую воду наливают из крана из вторичной стороны.
Так как многие домашние хозяйства имеют постоянное водоснабжение в подающей линии, второй участок датчика предпочтительно является частью сети подающих линий и находится ниже по потоку относительно подключения сети подающих линий к первичной стороне.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, первый участок датчика является частью заборной линии вторичной стороны.
Во втором варианте, первый участок датчика, по крайней мере частично, является частью теплообменника, а температурный датчик, по крайней мере частично, интегрирован с теплообменником, что делает установку более компактной. Предпочтительно, это достигается, по крайней мере частично, путем расположения температурного датчика внутри или в непосредственной близости от выхода заборной линии. Подающая линяя затем предпочтительно интегрируется с теплообменником таким образом, что второй участок датчика находится внутри теплообменника. В альтернативном варианте, подающая линия содержит обводную линию, содержащую второй участок датчика таким образом, что второй участок датчика находится внутри теплообменника.
Для обеспечения постоянного потока через подающую линию в одном из вариантов обводная линия соединяет подающую линию с системой отводящих линий первичной стороны или же с первичной стороной.
Для того чтобы можно было регулировать поток через эту обводную линию, она предпочтительно содержит ограничитель водоснабжения или второе регулирующее поток устройство, предпочтительно настраиваемое.
Фиг.1 Система в соответствии с уровнем техники.
Фиг.2 Система, имеющая ускоритель датчика.
Фиг.3 Иллюстрация ускорителя датчика.
Фиг.4 Первый вариант в соответствии с настоящим изобретением, имеющий ускоритель датчика.
Фиг.5 Второй вариант в соответствии с настоящим изобретением, имеющий ускоритель датчика, и первое положение обводной линии.
Фиг.6 Альтернативный вариант в соответствии с настоящим изобретением, имеющий ускоритель датчика, и второе положение обводной линии.
Фиг.7 Первая установка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, имеющая температурный датчик, по крайней мере частично расположенный внутри теплообменника.
Фиг.8 Вторая установка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, имеющая температурный датчик, по крайней мере частично расположенный внутри теплообменника.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 показывает типичную установку в соответствии с уровнем техники для меньших систем, обеспечивающих горячей водой для использования, например, в жилищах типа односемейных домов или многоквартирных домов.
Система содержит ряд теплообменных устройств, таких как теплообменник (1) и множество отопительных устройств (7), таких как радиаторы, системы обогрева полов и т.п. Теплообменник (1), как правило, предназначен для нагрева бытовой воды, особенно воды, поступающей из крана в виде горячей воды, например, в ваннах и т.д.
Сеть линий переносит теплоноситель между устройствами, причем сеть состоит из подающей сети (4) и отводящей сети (10), подключенных к нагревательным устройствам (7), где теплоносителем может быть вода.
Подающая линия (4) ответвляется к первичной подающей ветке (5), подключенной к первичной стороне (2) теплообменника (1), и второй подающей ветке (6), подключенной к отопительным устройствам (7). Водоснабжение через первичную подающую ветку (5) регулируется первым регулирующим поток устройством (11), таким как термостат, включающий температурный датчик (13) и устройство для регулирования до выбранной уставки.
Нагревательные устройства (7), естественно, содержат регулирующие устройства, такие как термостаты, что хорошо известно из уровня техники.
Система линий забора горячей воды, состоящая из заборной линии (8) и подающей линии (9) воды, подключена к вторичной стороне (3) теплообменника (1), где заборная линия (8) горячей воды предпочтительно подключена к устройству подачи горячей воды из крана, когда это необходимо.
Температурный датчик (13) находится в тепловом контакте с заборной горячей водой во вторичной стороне (3) теплообменника (1).
Первое регулирующее поток устройство (1) регулирует поток жидкости к первичной стороне (2) теплообменника (1) в ответ на значение температуры, измеренной температурным датчиком (13), путем регулирования потока для нагревания до (настраиваемого) заданного значения уставки измеренной температуры.
В режиме ожидания, для системы забора горячей воды существуют два варианта, первый из которых - контролирование потока, а второй - термостатический контроль. При контролировании потока в режиме ожидания в первичной стороне (2) поток отсутствует, что приводит к существенно долгому времени для пользователей, желающих получить горячую воду из крана желаемой температуры.
При термостатическом контроле, обеспечивается постоянный (опционально динамический) поток к первичной стороне (2) в режиме ожидания, что приводит к потерям энергии, поскольку теплообменник (1) постоянно нагревается.
Дополнительным недостатком проиллюстрированной системы являются необходимые затраты энергии и задержки во времени по отношению к температурному датчику (13). Для нагрева воды во вторичной стороне (3) теплообменника (1) требуется энергия, а это, в сочетании со временем, необходимым для нагрева температурного датчика (13), означает, что требуется определенное количество энергии до того, как температурный датчик (13) достигает температуры, при которой наступает регулирование потока первым регулирующим поток устройством (11). Если температура температурного датчика (13) может оставаться на более высоком уровне, то в этом случае расход энергии может быть снижен, что приведет к уменьшению потери тепла и тем самым энергии.
Другая проблема возникает, когда требуется подача горячей воды из крана; задержка в регулировании может привести к перегреву воды до момента начала регулирования, что одновременно вызывает дискомфорт и расход энергии. Это также создает риск скопления кальция в теплообменнике (1).
Известным компромиссом является внедрение ускорителя (12) датчика, как это показано на фиг.2, где часть основной подающей ветви (5) находится в тепловом контакте с частью заборной линии (8), и где стержень температурного датчика (13) находится в тепловом контакте с жидкостью в этой части заборной линии (8). Таким образом, при наличии (небольшого) потока в основной подающей ветви (5) температурный датчик (13) находится в тепловом контакте с теплоносителем в подающей сети (4), по крайней мере, протекающим через первую ветвь (5) подающей линии (4).
Устройство ускорителя (12) датчика показано на фиг.3, где стержень температурного датчика (13) вставлен в часть заборной линии (8), далее именуемой первым участком (15) датчика, и также он находится в тепловом контакте с частью подающей линии (4), причем эта часть подающей линии (4) далее именуется вторым участком (16) датчика. Первый участок (15) датчика таким образом заключен внутри второго участка датчика (находясь в контакте с теплоносителем, таким образом обтекающим первый участок датчика и тем самым передающим тепло горячей воде в этой части отпуска из крана горячей воды и таким образом температурному датчику.
Настоящее изобретение показано на фиг.4 и предлагает альтернативную установку ускорителя (12) датчика, где второй участок (16) датчика подключен к подающей линии (4) отопительных устройств (7), а не к основной подающей ветке (5), подающей теплоноситель в теплообменник (1), как в уровне техники.
В этой установке поток, требующийся для нагревательных устройств (7), влияет на температуру температурного датчика (13) и тем самым обеспечивает, по крайней мере практически, перекрытие водоснабжения к теплообменнику (1) в режиме ожидания. Если нагревательные устройства (7) содержат систему подогрева пола, то, как известно для этого и других случаев, часто существует практически постоянный поток в подающей сети (4), и это, по крайней мере, сводит к минимуму или даже полностью перекрывает поток к первичной стороне (2) теплообменника (1) в режиме ожидания.
В некоторые периоды, например холодные периоды как зимой, постоянный существенно высокий расход теплоносителя к отопительной системе гарантирует, что из теплообменника (1) теряется очень мало тепла в режиме ожидания, поскольку отопительное устройство (7) обеспечивает высокую температуру температурного датчика, тем самым не оставляя практически никакого потока в первичной стороне. Преимущество быстрого реагирования регулирования температуры, когда вода поступает из крана, однако, сохраняется, так как поток через второй участок (16) датчика обеспечивает в значительной степени высокую минимальную температуру ожидания стержня температурного датчика (13).
В другие периоды, например во время теплого периода как летом, система имеет преимущество наличия постоянного потока к первичной стороне (2) теплообменника (1), поскольку поток к отопительному устройству (7) является малым, что обеспечивает комфорт быстрого предоставления горячей воды. Домохозяйства, имеющие небольшой поток в течение всего года, имеют дальнейшее преимущество в сохранении преимуществ быстрого реагирования в регулировании температуры.
Особенно, но не исключительно, в системах без подогрева пола среди отопительных устройств (7) или просто без существенного постоянного к ним водоснабжения, система предпочтительно могла бы содержать обводную линию (17), подключающую подающую линию (4) к линиям отводящей системы (10), где подключение к подающей линии (4) находится ниже по потоку от ускорителя (12) датчика. Поток через обводную линию (17) регулируется в выбранной точке вторым регулирующим поток устройством (18), как показано на фиг.5. Это дает постоянный поток через, по крайней мере, подающую линию (4) и таким образом через второй участок (16) датчика и ускоритель (12) датчика и независимость от условий эксплуатации отопительных устройств (7).
В альтернативной установке, показанной на фиг.6, обводная линия (17) подключена к первичной стороне (2) теплообменника (1). Это гарантирует нагревание теплообменника (1) в режиме ожидания, но, опять же, со значительно улучшенным временем реагирования регулировки по сравнению с системами, не имеющими ускорителя (12) датчика. Это повышает удобство благодаря быстрому поступлению горячей воды из крана, но все же с минимизацией потерь тепла в теплообменнике (1).
В более разработанном варианте осуществления настоящего изобретения, ускоритель датчика (12) интегрирован с теплообменником (1).
В системе теплообменника на фиг.7, подающая линии (4) непосредственно связана с теплообменником (1) и от теплообменника (1) с отопительными устройствами (7). В режиме ожидания тепло от подающей линии (4) будет передаваться через теплообменник (1) к температурному датчику (13), который расположен в выходе вторичной стороны (3) заборной линии (8) или, по крайней мере, находится с ним в тепловом контакте. Размещая соединение подающей линии (4) к теплообменнику в непосредственной близости от выхода заборной линии (8), обеспечивают возможность выполнения нагрева горячей теплообменной средой, проходящей через подающую линию (4), только ограниченной части теплообменника (1), и это будет влиять на температурный датчик (13). Таким образом, интегрированный ускоритель (12) датчика имеет первый участок (16) датчика, находящийся во вторичной стороне (3) выхода заборной линии (8), и второй участок (16) датчика, являющийся частью подающей линии (4) внутри теплообменника (1).
Альтернативный вариант этой системы представлен на фиг.8, где подающая линяя (4) непосредственно не подключена к теплообменнику (1), но подключена через небольшую обводную линию (20) также в непосредственной близости от температурного датчика (13), находящегося во вторичной стороне (3) выхода заборной линии (8).