CN104040261A

CN104040261A - 供热装置

Info

Publication number: CN104040261A
Application number: CN201280066485.3A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·Y·奥立森
Original assignee: Grundfos Holdings AS
Current assignee: Grundfos Holdings AS
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: US10012395B2; EP2613097A1; US20150014425A1; CN104040261B; PL2613097T5; EP2613097B1; WO2013104481A1; EP2613097B2; PL2613097T3

Abstract

本发明涉及一种供热装置，具有两个供热回路(3、4)，其中一个用于房屋取暖(3)，另一个用于非饮用水加热(4)。该供热装置配置有主热交换器(1)，至少一个用于房屋取暖的副热交换器(7)以及至少一个用于非饮用水加热的副热交换器(9)。该供热装置配置有循环泵(6)和换向阀(5)，该换向阀使主热交换器(1)水力地结合到第一或第二供热回路(3、4)中。用于非饮用水加热的供热回路(4)在用于房屋取暖的供热回路(3)工作时作为主热交换器(1)的旁路管道使用，其中，换向阀(5)构成旁路阀或作为旁路阀使用。

Description

供热装置

技术领域

本发明涉及一种供热装置，特别是一种具有如权利要求1前序部分所述特征的燃气采暖供热装置(Gastherme)。

背景技术

这种供热装置属于现有技术，并典型地一方面用于提供房屋取暖需要的热量，另一方面用于提供热水调配(Warmwasserbereitung)需要的热量。在主热交换器中，典型地是利用燃烧过程或其他合适的热源对水进行加热，然后将已加热的水或者供给用于房屋取暖的供热回路，或者供给用于热水调配的供热回路。在此涉及到借助于换向阀实施控制的循环***。在正常运行中，用于房屋取暖的供热回路与主热交换器循环地连接。当需要加热非饮用水时，这例如通过打开输出阀(Entnahmeventil)来实现，换向阀被换向，使用于非饮用水加热的副热交换器与主热交换器循环连接。

出于安全原因，需要确保主热交换器总是处于开放的循环中，以便能够导出积聚于其中的热量，并可靠地避免这里的水被过度加热，特别是蒸发。原则上，这种循环总是由用于房屋取暖的供热回路构成，但是该循环也可以例如在关闭暖气设施上的调温阀时被暂时性地中断。对于这种情况设有旁路管道，利用该旁路管道可以确保主热交换器总是处于连续循环中。

在现有技术中，为此目的配置了与供热回路并行设置的旁路管道，该旁路管道将主热交换器的进流管路和回流管路彼此连接，并可以通过典型的压力控制阀门实现激活或停用。即，当通过向主热交换器继续供热使进流管路内部的压力升高时，旁路阀将在超过预设的压力时被打开，并因此开通使进流管路和回流管路彼此水力连接的旁路管道。

发明内容

为了尽可能地降低供热装置的建造成本、维修成本以及结构尺寸，需要努力在不损害设备功能的情况下尽可能地减少管道连接和阀门的数量。在此背景下，本发明的目的是对该类型的供热装置进行改进。

本发明的目的通过具有如权利要求1所述特征的供热装置来实现。本发明的优选的实施方式在从属权利要求、下面的说明以及附图中给出。

按照本发明的供热装置具有至少两个供热回路，其中一个用于房屋取暖，另一个用于非饮用水加热。该供热装置具有主热交换器，并配有循环泵和换向阀，该换向阀用于将主热交换器水力地结合到第一供热回路或第二供热回路中。按照本发明，将用于非饮用水加热的供热回路设置为，在用于房屋取暖的供热回路工作时作为主热交换器的旁路管道，在此，换向阀构成旁路阀或作为旁路阀使用。本发明特别是预定用于燃气采暖的供热装置，即用于壁挂式或立式工作的装置，这种装置的主热交换器是用燃气加热的。但是，原则上本发明也可用于其它结构形式的供热装置，例如利用燃油加热或集中供暖加热的供热装置。

本发明的基本思想是，利用本来已存在的管道来代替通常设置在根据现有技术的供热装置中的特定的旁路管道，并利用本来已存在的换向阀来代替根据现有技术通常设置的特定的旁路阀，或将该换向阀设计为这种旁路阀，即，该换向阀也构成为旁路阀。

按照本发明的设计可以明显简化供热装置的结构，因为在这种设计中去除了通常需要的额外的旁路管道，并且旁路阀至少被集成在换向阀中，或通过相应的控制装置使换向阀本身可以作为旁路阀使用。这种设计方案对于已经在很大程度上放弃单独成管(Einzelverrohrung)而是通过塑料压铸零件装配而成的供热装置是特别有利的，在此，塑料压铸零件构成基本的管道连接，而这些管道连接可以容纳供热运行所需要的阀门、泵以及传感器，并且可以一体化地或者由多部分构成。

对于按照本发明的解决方案，换向阀设置在主热交换器的进流管路中还是在回流管路中基本上没有影响，相应地也适用于常规使用的循环泵。

特别有利的是，当换向阀也作为旁路阀使用时，将不再需要传统的旁路阀。然而为了确保换向阀可以作为旁路阀使用，需要配置相应的控制功能。为此，按照本发明的一种扩展方案，优选在主热交换器的区域中设置用于检测旁路功能的必要性的装置，另外还设有控制器，其在检测到旁路功能的必要性时控制换向阀，以与用于非饮用水加热的供热回路管道连接。用于检测旁路功能的必要性的装置和控制器都可以有利地由本来存在的部件构成。典型的可为此使用的是温度传感器和/或压力传感器。在此可以优选将所需要的控制器集成到阀门换向所需要的控制器中，因此按照本发明的技术方案没有额外的部件，并且至少能够以很少的技术费用实现。

特别优选用于检测旁路功能的必要性的装置具有温度传感器，该温度传感器优选设置在主热交换器的区域中，并因此可以在该区域中及时地检测出较大的温度上升，这是不允许出现的。温度传感器成本低廉、稳定性好并且能够毫无困难地设置。

替代地或附加地，用于检测旁路功能的必要性的装置可以具有流量计。流量计的优点在于，能够提前，也就是在主热交换器的区域中出现不期望的高温之前，确定用于房屋取暖的供热回路是否是可通过的。只有当该用于房屋取暖的供热回路不可通过时，才需要激活旁路功能。

替代地或附加地，在按照本发明的一种扩展方案中，用于检测旁路功能的必要性的装置可以具有压力传感器。利用该压力传感器可以确定在用于房屋取暖的供热回路的进流管路的区域中出现的压力上升，并因此相应地激活旁路功能。在前述类型的供热装置中通常设有压力传感器，因此通过合适的配置可以使用本来存在的部件。此外，压力传感器的生产成本低廉，并且在应用中稳定性好。

当换向阀构成为旁路阀时，优选在换向阀中设置压力限制装置，该压力限制装置在超过预设的压力时在主热交换器和旁路管道之间构成另外的管道连接。这样的配置是有利的，因为通过在换向阀的内部合适地构成、特别是机械地构成压力限制装置，可以在主热交换器和旁路管道之间形成管道连接，而不用考虑对阀门的控制。也就是说，在这种配置中不需要在控制技术上采取特别的预防措施，这是有利的。

另一方面，按照本发明的供热装置的一种优选的实施方式，换向阀可以被设计为以两种模式工作，即，第一种模式用于快速打开，第二种模式用于慢速关闭。在需要时还可设置另外一种用于慢速打开的模式，在此，用于快速打开的模式在任何情况下都用于实现旁路功能。这些不同的模式可以有利地通过控制技术实现，即，通常没有构件技术上的改变。

按照本发明的一种扩展方案，优选能够可调地控制换向阀，以产生流动阻力。这种控制通常可以在不改变换向阀结构的情况下实现，并且可以仅通过软件执行的方式在控制装置中实现，这是有利的。

当按照本发明将换向阀设置在供热回路的进流管路中时，实际上该换向阀水力地直接设置在主热交换器的后面。按照本发明，还可以将换向阀设置在供热回路的回流管路中，这样供热回路在进流侧始终是开放的并彼此连接且与主热交换器的回流管路相连接。

如果将换向阀围绕泵壳体一体化地构成，则可以得到特别紧凑的结构。

优选将用于换向阀的控制器设置在循环泵的马达的接线盒中，特别是设置在用于该马达的电子转速调节器的控制器的区域中，或集成在该区域中。对于现代的转速可调的循环泵，用于转速调节器或转速调整器的控制器是集成在数字微处理器中的，这种数字微处理器在大多数情况下只是使用其部分处理能力，因此，控制换向阀所需要的功能在此仍然可以被有利地集成。根据需要，在此也可以通过很小的结构变化设置数字微处理器形式的特别的控制器。

即，按照本发明，当用于房屋取暖的供热回路工作时，使用本来存在于供热装置中的、用于非饮用水加热的供热回路的管道作为用于主热交换器的旁路管道。在此，该管道由相应的管道部分和通常结合在这些管道部分之间的副热交换器、特别是片式热交换器组成，如同在现有技术中的燃气采暖以及其他这种类型的供热装置中使用。

附图说明

下面参照附图中所示出的实施例详细说明本发明。图中示出：

图1-图4示出了具有两个供热回路的供热装置的基本水力结构，这两个供热回路中的泵和换向阀的配置不同，

图5-图10以简化的水力线路图示出了供热装置中的传感器的设置，

图11-图21以高度简化的示意图示出了按照本发明的换向阀的不同的实施方式。

具体实施方式

在附图中以简化的水力线路图示出的供热装置是燃气采暖供热装置，其中设有主热交换器1，在该主热交换器中，通过燃烧器2加热热量载体(通常为水)，燃气在该燃烧器中燃烧。

供热装置具有两个供热回路，即，用于房屋取暖的供热回路3和用于非饮用水加热的供热回路4。供热回路3和4借助于换向阀5与主热交换器1构成水力循环回路，在该水力循环回路中，热量载体借助于离心泵6循环。在此，用于房屋取暖的供热回路3具有一个或多个例如辐射器形式的副热交换器7，这些副热交换器串联和/或并联连接，并分别借助于调温阀8水力接通。

用于非饮用水加热的供热回路4具有副热交换器9，该副热交换器例如被设计为片式热交换器，并且其一水力侧可以结合到具有主热交换器1的供热回路中，而待加热的非饮用水流经该副热交换器的另一个水力侧。

在正常工作中，离心泵6输送水通过主热交换器1，在那里水被加热，然后水从该处经由打开的调温阀8到达一个或多个副热交换器7，并从副热交换器再次回流向离心泵6。当需要产生热的非饮用水时，将换向阀5换向，并使副热交换器9在循环中与主热交换器1相结合。

为了确保在正常的房屋取暖运行中(此时，换向阀5将主热交换器1在循环中与副热交换器7相结合)还能够将在主热交换器1中传输到热量载体上的热量散出，而不在此处发生过热，需要至少部分地打开位于房屋取暖供热回路中的一个或多个调温阀8，但是这例如在强烈的阳光照射下不是必须的。这样有可能发生：用于房屋取暖的供热回路3被中断，而用于非饮用水加热的供热回路4通过换向阀5同样被中断。为了在这种情况下避免在主热交换器1中发生过热并确保将热量载体排出或导入循环中，通过将用于非饮用水调配的供热回路4作为旁路接通，就可以借助于换向阀5关闭该循环。由此，至少可以在短期内确保必需的散热。

图1-图4详细示出了这种供热装置的基本结构，其中，在如图1所示的实施方式中，循环泵6设置在供热回路3、4的回流管路中或在主热交换器1的进流管路中。在此，换向阀5设置在供热回路3、4的回流管路中，在循环泵6之前。在如图2所示的实施方式中，循环泵6位于供热回路3、4的回流管路中，以及位于去往主热交换器1的进流管路中，而换向阀5则设置在主热交换器1的回流管路中，即，在供热回路3、4的进流管路中。

在如图3所示的供热装置中，循环泵6和换向阀5都设置在主热交换器1的回流管路中，也就是说在供热回路3、4的进流管路中。

最后图4示出了一种变形，其中，循环泵6设置在主热交换器1的回流管路中和到供热回路3、4的进流管路中，而换向阀5则设置在供热回路3、4的回流管路中和到主热交换器1的进流管路中。

所有这些实施方式的共同点是：借助于换向阀5可以将供热回路3作为旁路管道使用。

为了检测旁路功能的必要性并由此相应地控制换向阀5，传感器是必不可少的。在最简单的形式中，在主热交换器的区域中设置温度传感器就足够了，该温度传感器用于确定即将来临的过热。图5和图6分别示出了如何适宜地设置三个温度传感器T1、T2和T3，以确定旁路功能的必要性。在这两个实施方式中，温度传感器T1沿流动方向设置在主热交换器1的后面，另一温度传感器T3沿流动方向设置在主热交换器1之前。借助于两个温度传感器T1和T3可以可靠地确定：当燃烧器2接通时，通过主热交换器1的流量是否是以所需要的量进行。适宜地将另一温度传感器T2设置在供热回路3的回流管路中，因此通过T2和T3之间的温度差可以确定是否发生了流动。

图7和图8示例性示出了如何借助流量计Q1-Q3感测旁路功能的必要性。原则上有流量计Q1就足够了，其与主热交换器1串联连接，用以确定是否有穿过主热交换器的流动发生。如果这种流动发生在用于房屋取暖的供热回路3未与主热交换器1循环连接的工作状态下，则可以借助于控制器并根据传感器Q1的传感信号辨识出这种流动并激活旁路功能。替代地或附加地，也可以由设置在供热回路3的回流管路中的流量计Q3来确定这种流动。最后，流量计Q2设置在副热交换器9之前，用于确定穿过供热回路4或旁路的流动。在按照图7和图8的实施方式中，泵位于去往主热交换器1的进流管路中。需要指出的是，泵也可以相同的方式设置在回流管路中。

图9和图10示例性示出了如何能够借助于压力传感器P1和P2来确定旁路激活的必要性。压力传感器P1沿流动方向设置在主热交换器1的后面，而压力传感器P2位于主热交换器1之前在循环泵6的后面。在循环泵6的区域中是未示出的、常用的回流截止器，因此，当在没有循环的情况下主热交换器1的加热逐渐增加时，热量载体将会膨胀且压力会上升，这可以通过压力传感器P1和/或压力传感器P2来确定，这样就可以由此确定旁路激活的必要性，并通过阀门5的换向来激活该旁路。在如图9和图10所示的实施方式中，泵位于去往主热交换器1的进流管路中。需要指出的是，泵也可以相同的方式设置在回流管路中。

为了在供热回路3和供热回路4之间实现换向，设置属于现有技术的3/2路旁通阀，该旁通阀借助于杠杆被电动地控制，线性马达10接合在杠杆的一端部上，杠杆的另一端部使换向阀5的开关体或阀体11运动，以便接通或阻断从主热交换器1到供热回路3或4的其中之一或从供热回路3或4的其中之一到主热交换器1的管道连接。

正如开始所说明的那样，旁路功能可以通过对换向阀5的相应控制来激发，或者换向阀5自身构成旁路阀。图11-图18示例性示出了后面的实施方式。在这些图中分别示出为3/2路旁通阀的换向阀5，其阀体12通过可摆动地支承在阀壳体中的杠杆13并借助于从外部设置在该阀壳体上的线性马达10加以控制。这些阀门的视图全部被高度地简化，并分别示出了用于房屋取暖的供热回路3和用于非饮用水加热的供热回路4的管路连接，以及与表示流动方向的箭头相应的来自或去往主热交换器1的连接。这些视图被视为与如图1-图9所示的设置有关。因此，如图11所示的换向阀5按照其在图1中所示出的那样设置，即，设置在用于房屋取暖的供热回路3的回流管路、用于非饮用水加热的供热回路4的回流管路和通向主热交换器1的管道之间。

在如图11所示的实施方式中，线性马达10沿用于房屋取暖的供热回路3的关闭方向相对于弹簧14的力工作。因为杠杆13只是在一侧受到线性马达10的作用，而在另一方向上则受到弹簧14的作用，因此，例如当由于加热造成热量载体介质的膨胀而使得主热交换器1中的压力上升时，阀体12可相对于弹簧14的力从其关闭用于非饮用水加热的供热回路4的位置运动离开，但是由于调温阀8的关闭，因此穿过用于房屋取暖的供热回路3是不可能的。在此，换向阀5关于供热回路4具有压力限制功能，当超过预设的压力时，该功能可以打开从供热回路4到主热交换器1的连接，并因此激活关于供热回路4的旁路功能。

在如图12所示的换向阀5中，马达10、弹簧14以及杠杆13与前述结构完全一样，然而其阀门设置与前述结构相比旋转了180°，该换向阀具有如图2所示的设置。在此，如果换向阀5位于如图12所示的位置上，在该位置上用于房屋取暖的供热回路3与主热交换器1循环连接，当通过调温阀8关闭用于房屋取暖的供热回路3，并且在主热交换器1的区域中超过预设的压力时，换向阀5将自动打开去往用于非饮用水加热的供热回路4的管道连接。

在如图13所示的变形中(该变形在其功能上与根据图11所描述的功能一致)，线性马达10铰接地连接于杠杆13上，也就是说，该杠杆可以在两个方向上运动。但是在此由于位于阀门内部的杠杆端部通过弹簧14与阀体11连接，因此在如图13所示的位置上，当来自供热回路的压力超过预设的数量时，阀体12将相对于弹簧14的力使供热回路4在回流侧与去往主热交换器1的进流管路相连接，并因此打开旁路。

图14示出了如图1所示的换向阀5的另一种变形。在此，在线性马达10和杠杆13之间设有弹簧14，该弹簧满足规定的压力限制功能，也就是说，在达到预设的压力时，该弹簧将打开用于非饮用水加热的供热回路4，并因此激活旁路功能。

图15示出了在杠杆13的阀侧端和阀体11之间具有弹簧14(如图13所示)的换向阀5的阀门结构，然而对于换向阀5的设置与如图2所示的实施方式一致。

图16示出了一种功能上与图14所示相符的阀门设计，其中，在线性马达10和杠杆13之间设有弹簧14，但是该弹簧还另外用于如图12所述的阀门布置，即，与按照图2的布置一致，其中，换向阀5设置在主热交换器1与去往供热回路3和4的进流管路之间。

在如图17所示的变形中，将压力限制阀15结合在阀体12自身中，当阀体12位于关闭位置时，在超过预设压力的情况下，该压力限制阀将打开位于主热交换器1和用于非饮用水加热的供热回路4的进流管路之间的管道连接。

图18示例性地示出了如何构造具有集成的压力限制阀15的阀体12。在此，阀体12被设计为桨状的，其例如可以在根据现有技术的这种类型的换向阀中获得。在此，作为阀体12的浆位于杠杆13的端部上，该端部可以通过壳体壁实现密封，而在另一端部上则借助于线性马达10进行操纵。这种阀体12能够可选地封闭壳体内部的一个或另一个阀座。在图18中仅示出了与主热交换器1管道连接的阀座。

桨状阀体12具有中心穿孔16，在该穿孔中集成有压力限制阀15，因此，当主热交换器1的压力上升超过预设的压力时，尽管阀体12处于关闭位置，但压力限制阀15仍将打开去往用于非饮用水加热的供热回路4的通道，并因此开启旁路。

在如图19-图21所示出的换向阀5的实施方式中，在换向阀中并未集成压力限制功能，而是仅通过电子控制器并借助于线性马达10实现旁路激活。在此处所示出的实施方式中，线性马达10也通过杠杆13控制阀体17。但是阀体17在阀座的区域中被设计为，在开始打开时不是沿截面全部开启，而是首先开启被减小的截面，在此，阀座将来自或去往主热交换器1的管道与用于热水调配的供热回路4相连接。因此，阀体12具有圆锥形的部分，该部分与所属的阀座相连接，从而在初始打开时首先激活旁路功能，也就是说开启管道的一部分截面，以实现与用于非饮用水加热的供热回路4相关的旁路功能。当该圆锥形部分继续从阀座移除并到达规定的位置时，在该位置上用于非饮用水加热的供热回路4与主热交换器1循环连接，管道截面才会被全部开启。在如图19-图21所示出的实施方式中，圆锥形部分的设置关于供热回路4和主热交换器1之间的流动方向这样取向：在初始阶段给出支持打开管道连接的力。利用这种类型的阀体17能够可调地控制换向阀5。

需要指出的是，以上所述的阀门组件(其功能可以很容易地从图中看出)已经被极大地简化，并且只根据其工作原理进行说明。因此，例如参照图21描述了可以怎样设计桨状的阀体17，即，如何利用部分18，以实现规定的功能。

所示出的线性马达10通常为螺杆传动。然而在此也可以使用电动线性马达，或根据需要使用液压线性马达。

根据以上所述的实施方式可以得到如下结论：换向阀是否处于进流管路或回流管路中对于按照本发明的旁路没有影响，并且也与循环泵是否设置在主热交换器之前或之后无关。当然需要说明的是，正如前述实施方式中所描述的那样，换向阀的具体设计应与设备内部的布局相匹配。

附图标记列表

1主热交换器

2燃烧器

3用于房屋取暖的供热回路

4用于非饮用水加热的供热回路

5换向阀

6离心泵、循环泵

7用于房屋取暖的供热回路3的副热交换器

8调温阀

9用于非饮用水加热的供热回路4的副热交换器

10线性马达

11换向阀5的阀体

12具有集成的压力限制阀的阀体(图17和图18)

13杠杆

14弹簧

15压力限制阀

16穿孔

17阀体(图19-图21)

18阀体17的部分

P1，P2压力传感器

Q1，Q2，Q3流量计

T1，T2，T3温度传感器

Claims

1.一种供热装置，特别是燃气采暖供热装置，具有：两个供热回路(3，4)，其中一个用于房屋取暖，另一个用于非饮用水加热；主热交换器(1)；至少一个用于非饮用水加热的副热交换器(9)；循环泵(6)；换向阀(5)，该换向阀使所述主热交换器(1)水力地结合到第一供热回路或第二供热回路(3，4)中，其特征在于，用于非饮用水加热的供热回路(4)在用于房屋取暖的供热回路(3)运行时被用作所述主热交换器(1)的旁路管道，所述换向阀(5)构成为旁路阀或作为旁路阀使用。

2.根据权利要求1所述的供热装置，其特征在于，在所述主热交换器(1)的区域中设置用于检测旁路功能的必要性的装置(T1，P1，Q1)，并设置控制器，该控制器在检测到旁路功能的必要性时控制所述换向阀(5)，以实现与所述用于非饮用水加热的供热回路(4)的管道连接。

3.根据权利要求1或2所述的供热装置，其特征在于，所述用于检测旁路功能的必要性的装置具有温度传感器(T1，T2，T3)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，所述用于检测旁路功能的必要性的装置具有流量计(Q1，Q2，Q3)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，所述用于检测旁路功能的必要性的装置具有压力传感器(P1，P2)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，在所述换向阀(5)中设有压力限制装置(14，15)，当超过预设的压力时，该压力限制装置在主热交换器(1)和旁路管道之间构成另外的管道连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，所述换向阀(5)被设计为以两种模式工作，第一模式用于快速打开，第二模式用于慢速关闭。

8.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，所述换向阀(5)被可调地控制，以产生流动阻力。

9.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，所述换向阀(5)设置在去往所述供热回路(3，4)的进流管路中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，所述换向阀(5)设置在去往所述供热回路(3，4)的回流管路中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，所述换向阀(5)集成在泵壳体中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的供热装置，其特征在于，用于所述换向阀(5)的控制器设置在所述循环泵(6)的马达的接线盒中。

13.一种供热装置的用于非饮用水加热的供热回路(4)在用于房屋取暖的供热回路(3)运行时作为所述主热交换器(1)的旁路通道的应用。