NL2009006C2 - Inrichting en werkwijze voor het verwarmen van een fluã¯dum, zoals water, verwarming en tapwater. - Google Patents

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET VERWARMEN VAN EEN FLUÏDUM, ZOALS WATER, VERWARMING EN TAPWATER

Met het oog op de beperkte beschikbaarheid van 5 brandstoffen die onvermijdelijk in de toekomst alleen maar schaarser zullen worden, en het daarmee samenhangende steeds hogere prijspeil, is energiebesparing en efficiënt verwarmen uitermate van belang in de nabije en verdere toekomst.

Door alle fabrikanten wordt gezocht naar efficiënte 10 combinaties van verwarming en tapwater met behulp van zogeheten HR (hoog rendement) combiketels.

De onderhavige uitvinding beoogt een aanzienlijke stap te zetten in dit efficiëntieproces en maakt rendementsverbeteringen van 10 tot 30 procent mogelijk.

15 De onderhavige uitvinding verschaft een systeem voor het verkrijgen van warm tapwater en verwarming, omvattende een opslagreservoir voor het opslaan van warm fluïdum, welk opslagreservoir een zekere hoogte heeft opdat aan de bovenzijde van het opslagreservoir zich aanzienlijk warmer 20 fluïdum bevindt dan aan de onderzijde daarvan; een verwarmingstoestel met een primaire verwarmingsleiding voor het verwarmen van fluïdum en een secundaire verwarmingsleiding voor het winnen van restwarmte uit de rookgassen; en een warmtewisselaar voor het vanuit het 25 fluïdum verkrijgen van schoon en warm tapwater, waarbij warm fluïdum vanuit het bovenste gedeelte van het opslagreservoir naar de warmtewisselaar wordt geleid zodra warm tapwater wordt gevraagd en waarbij het verwarmingstoestel wordt ingeschakeld om aan die vraag te blijven voldoen.

30 Bij de onderhavige uitvinding wordt in een opslagreservoir een bepaalde hoeveelheid CV-water van het verwarmingsfluïdum opgeslagen, welk opslagreservoir aan de bovenzijde voorzien is van voldoende warm fluïdum voor het 2 direct opwarmen van tapwater terwijl het omzetten van de driewegklep in het systeem tevens zeer geschikt is voor ruimteverwarming. Alhoewel het systeem zeer geschikt is voor ruimteverwarming zijn andere verwarmingstoepassingen 5 eventueel goed denkbaar.

Daar de warmtevraag bij de warmtewisselaar afhankelijk zal zijn van de gevraagde hoeveelheid tapwater, heeft het ter verdere efficiency de voorkeur een pomp aan de primaire ingangszijde van het verwarmingstoestel regelbaar te maken, 10 opdat bij een geringere warmte vaak ook een geringere hoeveelheid warmtefluïdum door het verwarmingstoestel en de warmtewisselaar wordt geleid.

Alhoewel het mogelijk is gebruik te maken van een vierwegklep die de gewenste schakelfuncties in zich 15 verenigt, is bij een voorkeursuitvoeringsvorm gebruik gemaakt van twee driewegkleppen daar die tegen relatief lage prijzen beschikbaar zijn op de markt van de centrale-verwarming-apparatuur. Bij voorkeur is de uitgang van de warmtewisselaar gekoppeld met de secundaire leiding van het 20 verwarmingstoestel waardoor bij de vraag naar warm tapwater de rookgassen evenzeer tot onder het dauwpunt worden gekoeld en ook bij afname van tapwater sprake is van een hoog rendement.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de wand van 25 het voorraadreservoir op een bepaalde hoogte, bijvoorbeeld tussen 20 en 80% van de gehele hoogte, voorzien van een temperatuursensor die op een bepaalde temperatuur kan worden ingesteld teneinde te bepalen bij welke temperatuur het verwarmingstoestel moet worden in- en uitgeschakeld; deze 30 temperatuur alsmede locatie van de temperatuursensor kan afhankelijk zijn van de eisen in een bepaald seizoen of in een bepaald huishouden, dat wil zeggen meer of minder vaak tapwater en/of ruimteverwarming.

3

Dankzij het opslagreservoir, en de regeling volgens de onderhavige uitvinding, is warmte van een zonneboiler of houtkachel bijzonder geschikt om aan het fluïdum van het opslagreservoir te worden toegevoegd. Hierdoor wordt het 5 verwarmingstoestel minder vaak in werking gesteld voor het op temperatuur houden van het opslagreservoir.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is het systeem volgens de uitvinding voorzien van middelen voor het in meer of mindere mate toestaan van gedurende een kortere of 10 langere tijd afnemen van tapwater. Geschikte middelen voor het in meer of mindere mate toestaan van gedurende een kortere of langere tijd afnemen van tapwater zijn bij voorbeeld een tijdschakelaar, een legionella preventie systeem en of een elektronische, automatische of 15 handgeschakelde aan- en uitschakelaar.

Voorts verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het snel en efficiënt verwarmen van tapwater, waarbij meer bij voorkeur gebruik wordt gemaakt van bovengenoemd systeem.

20 Nadere kenmerken, voordelen en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de volgende beschrijving waarin een voorkeursuitvoeringsvorm is beschreven en waarbij wordt verwezen naar de tekening, waarin tonen: 25 Fig. 1 de voorkeursuitvoeringsvorm van het systeem volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 2 de voorkeursuitvoeringsvorm van fig. 1 in een eerste toestand voor het opwarmen van het cv-water in het vat ; 30 Fig.3 de voorkeursuitvoeringsvorm uit fig. 1 in een tweede toestand voor het verschaffen van warm tapwater;

De voorkeursuitvoeringsvorm van het CV-systeem 10 (fig. 1) volgens de onderhavige uitvinding omvat een voorraadvat, 4 bijv. in hoofdzaak cilindrisch met een inhoud van ca 100-1000 liter 12 dat is voorzien van een of meer temperatuursensoren 13, 14, ten minste één aansluiting aan de onderzijde voor een leiding 15, een aansluiting voor de 5 leiding aan de bovenzijde 16, alsmede een eerste schematisch aangeduid ruimteverwarmings-CV-systeem 17 en een tweede schematisch aangeduid CV-systeem 18, maar in ieder geval met 19, 20, 21 van het voorraadvat zijn verbonden. Het eerste CV-systeem omvat een regelbare driewegklep 22 en radiatoren 10 23 en een pomp 24, terwijl het tweede CV-systeem een regelbare driewegklep 25 en vloerverwarmingssysteem 26 en een pomp 27 omvat.

Op leiding 15 is een verwarmingstoestel 30 met bijv. een vermogen van 15-40 kWatt aangesloten waarop voorts 15 leidingen 31, 32, 33 zijn aangesloten. Leiding 31 is enerzijds aangesloten op een leiding 34 die naar een platenwisselaar 35 leidt en anderzijds op leiding 36 die leidt naar een driewegklep 37 waarop tevens leiding 16 is aangesloten. Leiding 32 leidt naar driewegklep 38 die via 20 leiding 39 op driewegklep 37 is aangesloten. Op leiding 39 is tevens een leiding aangesloten die via een regelbare pomp 41 leidt naar een leiding 33. Tussen platenwisselaar 35 en driewegklep 38 is een leiding 42 aangesloten.

Zoals bekend verondersteld wordt, heeft de vloeistof in 25 het voorraadvat een zekere temperatuurgradiënt. De vloeistof in het bovenste gedeelte A van de tank, dat met schuine arcering is aangegeven, heeft bijv. een temperatuur van ca 65°C, terwijl de temperatuur op een zekere hoogte daaronder een temperatuur van bijv. ca 40°C heeft. Aan de onderzijde 30 van het vat zal het water een temperatuur van ca 20-25°C hebben. Door het juist instellen van zowel de temperatuur als de positie van ten minste één van beide sensoren 13 en 14 kan worden verzekerd dat het water in het gedeelte A een 5 bepaalde hoge temperatuur heeft zonder dat de rest van de inhoud van het voorraadvat onnodig behoeft te worden opgewarmd.

Figuur 2 toont het opwarmen van het CV-water in het 5 vat, in geval de temperatuursensor (13) aangeeft dat de temperatuur van het CV-water in het vat kleiner wordt, wordt vanaf de onderzijde van het voorraadvat via leiding 15 CV-water geleid door het condenserende gedeelte van verwarmingstoestel 30 via leiding 32 en driewegklep 38 via 10 leiding 40 naar het primaire verbrandingscircuit (regelbare pomp 41, leiding 33 en leiding 31 en via leiding 36 en driewegklep 37 en leiding 16 naar het bovenste gedeelte A). Door gebruik te maken van het relatief koude CV-water in het het condenserende gedeelte, wordt optimaal gebruik gemaakt 15 van het hogere rendement van het verwarmingstoestel 30, terwijl door het aan de bovenzijde inbrengen van het verwarmde CV-water in dat voorraadvat het koude water niet te veel wordt opgewarmd; de opwarmingscyclus stopt zodra de temperatuursensor aangeeft dat op een zekere hoogte in het 20 vat de gewenste temperatuur is verkregen.

Figuur 3 toont de situatie waarbij in leiding 44 warm tapwater gevraagd wordt, zoals wordt geconstateerd door een niet getoonde sensor. Dan wordt via bovenzijde A van het voorraadvat via leiding 16, driewegklep 37, leiding 39, 25 leiding 40 dit warme CV-water in het verwarmingstoestel geleid en via leiding 31, leiding 34 geleidt naar de platenwisselaar 35 voor het opwarmen van het tapwater dat wordt aangevoerd door leiding 43. Het afgekoelde CV-water wordt via leiding 42, driewegklep 38 en leiding 32 naar het 30 condenserende gedeelte van warmtetoestel 30 geleid, en uiteindelijk via leiding 15 naar het onderste gedeelte van het voorraadvat.

6

Dankzij het gebruik van het warme CV-water uit het voorraadvat is het warme water onmiddellijk beschikbaar voor het opwarmen van tapwater waardoor leiding- en stilstandsverliezen worden vermeden, terwijl het 5 warmtetoestel optimaal wordt benut door gebruik te maken van het in de platenwisselaar afkoelde CV-water dat door de condenserende zijde van het verwarmingstoestel wordt geleid.

Indien het voorraadvat voldoende op temperatuur is kan daarmee een schematisch aangeduide vloerverwarming 23 en 10 schematisch aangeduide radiotoren 26 van het ruimteverwarmingssysteem worden verwarmd. Het regelbare debiet voor het vloerverwarmingssysteem is efficiënter en eenvoudig realiseerbaar met de regelbare driewegklep 22 waarbij in de retourleiding 21 van dat systeem uitgegaan kan 15 worden van de temperatuur van de onderzijde van het voorraadvat ca 20-25°C. Daar de retourleiding 20 van het radiatorsysteem op een hoger niveau in het vat is aangebracht is de retourtemperatuur in die retourleiding 20 hoger bijv. ca 35-40°C.

20 Op niet getoonde wijze kan op het gedeelte A van het voorraadvat een zogenoemde close-in-boiler zijn aangesloten, hetgeen aanzienlijk efficiënter is dan de huidige elektrisch verwarmde close-in-boiler zoals die op grote schaal worden toegepast. Tevens is het mogelijk om andere warmtebronnen 25 aan te sluiten op het voorraadvat, zoals een zonneboiler of een houtkachel, daar de temperatuursensor constateert of voldoende warmte in het voorraadvat aanwezig is en of het warmtetoestel naar aanleiding daarvan al dan niet moet worden ingeschakeld.

30 Uit eerste berekeningen en testen is gebleken dat het huidige aansluitschema een besparing van 10 tot 30% van de benodigde energie voor een huishoudelijk systeem binnen bereik brengt. Dankzij het efficiënter gebruik van het 7 bovenste gedeelte van het voorraadvat is tapwater snel beschikbaar, terwijl de restwarmte daarvan terugvloeit in het voorraadvat. Stilstandsverliezen zijn uiterste beperkt, terwijl de kosten van twee driewegkleppen (of één 5 vierwegklep) weinig omvattend zijn.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de conclusies, waarbinnen vele modificaties van het onderhavige systeem 10 denkbaar zijn.

Claims (9)

1. Systeem voor het verkrijgen van warm tapwater en verwarming, omvattende: 5 een opslagreservoir voor het opslaan van warm fluïdum, welk opslagreservoir een zekere hoogte heeft opdat aan de bovenzijde van het opslagreservoir zich aanzienlijk warmer fluïdum bevindt dan aan de onderzijde daarvan; een verwarmingstoestel met een primaire 10 verwarmingsleiding voor het verwarmen van fluïdum en een secundaire verwarmingsleiding voor het winnen van restwarmte uit de rookgassen; en een warmtewisselaar voor het vanuit het fluïdum verkrijgen van schoon en warm tapwater, waarbij warm fluïdum 15 vanuit het bovenste gedeelte van het opslagreservoir naar de warmtewisselaar wordt geleid zodra warm tapwater wordt gevraagd en waarbij het verwarmingstoestel wordt ingeschakeld om aan die vraag te blijven voldoen.

2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij een regelbare pomp is opgenomen aan de primaire ingangszijde van het verwarmingstoestel.

3. Systeem volgens conclusie 1 of 2, waarbij 25 twee driewegkleppen, zijn opgenomen tussen het bovenste gedeelte van het opslagreservoir en het leidingstelsel tussen de warmtewisselaar en het verwarmingstoestel opdat het fluïdum in beide richtingen kan stromen.

4. Systeem volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij de uitgangszijde van de warmtewisselaar is gekoppeld met de secundaire leiding van het verwarmingstoestel.

5. Systeem volgens één of meer van de conclusies 1-4, waarbij op een bepaalde locatie bijvoorbeeld halverwege de hoogte van het opslagreservoir een temperatuursensor is aangebracht voor het inschakelen van het verwarmingstoestel 5 zodra de temperatuur onder een vooraf bepaalde waarde geraakt, en waarbij het verwarmingsproces in het verwarmingstoestel voortduurt waarbij warm fluïdum vanuit het bovenste gedeelte wordt opgewarmd in de primaire leiding en het koelere fluïdum in de secundaire leiding wordt 10 geleid, totdat de temperatuur in voldoende mate is gestegen.

6. Systeem volgens één of meer van de conclusies 1-5, waarbij een externe warmtebron met het opslagreservoir is gekoppeld teneinde warmte aan het fluïdum daarin af te 15 geven.

7. Systeem volgens één of meer van de conclusies 1-6, voorzien van middelen voor het in meer of mindere mate toestaan van gedurende een kortere of langere tijd afnemen 20 van tapwater.

8. Werkwijze voor het verkrijgen van warm tapwater, waarbij warm fluïdum uit een bovenste gedeelte van een opslagreservoir door een verwarmingstoestel naar een 25 warmtewisselaar wordt geleid, teneinde op snelle en efficiënte wijze warm tapwater te verschaffen.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij het systeem volgens één of meer van de conclusies 1-7 wordt toegepast. 30