PL171406B1 - Elektryczny grzejnik przeplywowy PL - Google Patents

Abstract

1. Elektryczny grzejnik przeplywowy z wlo- tem zimnej wody, urzadzeniem sterujacym, pier- wszym odcinkiem izolacyjnym, ustawionym za nim odcinkiem grzejnym, drugim odcinkiem izolacyjnym 1 wylotem cieplej wody, znamienny tym, ze odcinek grzejny (5) sklada sie z przynajmniej jednego majace- go ksztalt rury modulu grzejnego (5a, 5b, 5c), który zawiera wstawiona w droge przeplywu wody, w przy- blizeniu prosta i majaca okragly przekrój rure (51) do obsadzenia sterowanego za pomoca urzadzenia steru- jacego (3) elementu grzejnego (50a, 50b, 50c) i wy- chodzace z obu konców rury (51) krócce przylaczowe (53, 54), przy czym na wewnetrznej sciance rury (51) do obsadzenia elementu grzejnego umieszczone sa elementy (52) wywolujace turbulencje, które przery- waja nitki przeplywajacego przez modul grzejny stru- mienia wody i zaginaja je w kierunku poprzecznym oraz skrecaja, zas odcinki izolacyjne pierwszy i drugi (4, 6) sa wykonane w postaci elastycznych wezy, z których kazdy jest szczelnie polaczony z króccem przylaczowym (53, 54) jednego modulu grzejnego. P L 171406 B 1 Fig.1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektryczny grzejnik przepływowy przeznaczony do dostarczania ogrzewanej wody użytkowej wykorzystywanej w kuchniach i pomieszczeniach sanitarnych, takich jak łazienki, umywalnie, natryski i temu podobnych, zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w zakładach przemysłowych.

Nowsze elektryczne grzejniki przepływowe posiadają z reguły blok z tworzywa sztucznego, w którym wykonana jest pewna ilość otworów, przez które przepływa ogrzewana woda. Część otworów należy do odcinka grzewczego i każdy z nich zawiera spiralę grzejną, podczas gdy pozostałe otwory tworzą fragmenty pierwszego lub drugiego elektrycznego odcinka izolacyjnego. Na główkach bloku z tworzywa sztucznego utworzone są kolanka, które łączą ze sobą otwory w ten sposób, że za pierwszym meandrycznym odcinkiem izolacyjnym następuje meandryczny odcinek grzejny, a za nim drugi meandryczny odcinek izolacyjny. W ten sposób w bloku z tworzywa sztucznego powstają liczne prostoliniowe odcinki przewodów, które są połączone ze sobą za pośrednictwem również licznych przegięć na główkach. Ta znana konstrukcja nie jest pozbawiona wad. Liczba i długość wbudowanych w blok z tworzywa sztucznego odcinków przewodu muszą być tak dobrane, aby nawet w przypadku najbardziej niekorzystnych parametrów wody (wysoka przewodność) zapewniony był zadany opór izolacji komory wodnej zarówno po stronie wody zimnej, jak i po stronie wody ciepłej. Wielkość całego bloku musi być zatem dostosowana do najbardziej niekorzystnych warunków.

Liczne przegięcia - w jednej ze znanych konstrukcji przewidziano na przykład dziesięć punktów przegięcia, każde z nich o 180° - zwiększają opory przepływu i odpowiednio do tego bezwładność regulacji grzejnika przepływowego. Właściwa dla tego układu bezwładność może być skompensowana jedynie przy pomocy odpowiednio drogiego urządzenia sterującego. To urządzenie sterujące musi zadbać o to, aby w miejscu poboru wody można było osiągnąć i utrzymać zadaną temperaturę również przy zmianach przepływu. Kolejna istotna wada znanej konstrukcji bloku polega na tym, że w razie awarii lub uszkodzenia jednej z kilku spirali grzejnych i/lub zablokowania jednego z licznych kanałów przepływowych w bloku z tworzywa sztucznego niezbędna jest wymiana całego bloku. Koszty tej wymiany są porównywalne z

171 406 kosztami wykonania nowego elektrycznego grzejnika przepływowego, opartego na nowocześniejszej koncepcji.

Znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr DE-A-3 609 213 elektryczny grzejnik przepływowy składający się z wlotu zimnej wody, pierwszego odcinka izolacyjnego, dołączonego do niego odcinka grzejnego, drugiego odcinka izolacyjnego i wylotu ciepłej wody, przy czym odcinek grzejny składa się z co najmniej jednego rurowego modułu grzejnego, który zawiera włączoną w przepływ wody, zasadniczo prostą i okrągłą rurę do zamocowania elementu grzejnego i kończące oba końce rury króćce przyłączowe, przy czym pierwszy i drugi odcinek izolacyjny są wykonane jako elastyczne węże, które są połączone szczelnie ciśnieniowo z króćcami przyłączowymi modułu grzejnego. W grzejniku tym nie stosuje się przepływu strumienia wody przez elementy spiętrzające.

Ponadto znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr DE-A-1 232 720 elektryczny grzejnik przepływowy, w którym również wykorzystuje się rurowe moduły grzejne, przy czym odcinki izolacyjne są połączone blokowo jako sztywne moduły z modułami grzejnymi.

Celem wynalazku jest zmniejszenie kosztów wykonania elektrycznego grzejnika przepływowego określonego na wstępie rodzaju, przy jednoczesnym zapewnieniu przynajmniej porównywalnej, a nawet lepszej wydajności.

Elektryczny grzejnik przepływowy z wlotem zimnej wody, urządzeniem sterującym, pierwszym odcinkiem izolacyjnym, ustawionym za nim odcinkiem grzejnym, drugim odcinkiem izolacyjnym i wylotem ciepłej wody, według wynalazku charakteryzuje się tym, że odcinek grzejny składa się z przynajmniej jednego mającego kształt rury modułu grzejnego, który zawiera wstawioną w drogę przepływu wody, w przybliżeniu prostą i mającą okrągły przekrój rurę do obsadzenia sterowanego za pomocą urządzenia sterującego elementu grzejnego i wychodzące z obu końców rury króćce przyłączowe, przy czym na wewnętrznej ściance rury do obsadzenia elementu grzejnego umieszczone są elementy wywołujące turbulencję, które przerywają nitki przepływającego przez moduł grzejny strumienia wody i zaginają je w kierunku poprzecznym oraz skręcają, zaś odcinki izolacyjne pierwszy i drugi są wykonane w postaci elastycznych węży, z których każdy jest szczelnie połączony z króćcem przyłączowym jednego modułu grzejnego.

Element wywołujący turbulencję ma postać co najmniej jednego spiralnego rowka lub żebra wykonanego na wewnętrznej ściance rury do obsadzania elementu grzejnego.

Odcinek grzejny zawiera kilka modułów grzejnych, które są połączone ze sobą w sposób rozłączny za pośrednictwem odpowiadających sobie króćców przyłączowych i ustawione szeregowo.

Przyporządkowane jednemu modułowi grzejnemu oba króćce przyłączowe stanowią wychodzące wzdłuż promienia po przeciwnych stronach rury, odpowiadające sobie wzajemnie elementy wtykowe i/lub odpowiadające sobie wzajemnie połączenia bagnetowe.

Elementy grzejne mają postać spirali grzejnych, a na wewnętrznej ściance rury znajdują się wystające z niej elementy mocujące ograniczające ruch elementu grzejnego wzdłuż osi.

Elementy grzejne w postaci spirali grzejnych są wykonane z drutów oporowych o nieosłoniętej i metalicznej lub oksydowanej powierzchni.

Długość tworzących oba odcinki izolacyjne elastycznych węży jest tak dobrana, że jest ona wystarczająca także dla cieczy, korzystnie wody, o możliwie najwyższej przewodności.

Każda z rur do obsadzania elementu grzejnego i oba króćce przyłączowe są wykonane w postaci jednoczęściowej kształtki wtryskowej z tworzywa sztucznego, przy czym rura do obsadzania elementu grzejnego jest na obu końcach szczelnie zamknięta.

Wewnętrzna średnica rury do obsadzenia elementu grzejnego jest na jednym końcu lekko poszerzona na kształt stożka.

Elementy mocujące stanowi kilka rozmieszczonych w odstępach wzdłuż osi, przesuniętych zwykle względem siebie na obwodzie nasadek.

Każda z rur do obsadzania elementów grzejnych składa się z kilku osiowych odcinków rury, które są połączone ze sobą na stałe w sposób nieprzepuszczalny dla cieczy, a elementy mocujące są umieszczone w sąsiedztwie miejsc łączenia odcinków rury.

Rurowe moduły grzejne są osadzone w zagłębieniach dolnej części obudowy.

171 406

Oba tworzące odcinki izolacyjne węże z tworzywa sztucznego są ułożone w zwoje w dolnej części obudowy i są wyposażone w środki służące do układania węży w zwojach bez zagięć.

Τ ,Η z,'''·' 1f* C*·'·»’*’·'! «art kj 1 atut uJt}CV j VOV pi ρνζι χ^νιιννζ n unv \iz 7QCQd7ip C7hnvnpmn /λ/ΊγίτίΙλγμι/ι nr7ou;

Τ Ί ZjUJUVIŁj1V JCl T tT 11V111U V\JV11 UW łt 1 L/l £jV łł który jest wstawiony w drogę przepływu cieczy między wlot zimnej wody i pierwszy odcinek izolacyjny.

Odcinek grzejny zawiera przynajmniej dwa, oddzielnie sterowane i/lub włączane moduły grzejne, z których przynajmniej jeden jest sterowany w zależności od zapotrzebowania na ciepło i jeden moduł jest przyłączany jako ostatni stopień grzejny.

Urządzenie sterujące zawiera elementy do sterowania mocą elementów grzejnych, a po stronie zimnej i ciepłej wody znajdują się pierwszy i drugi czujniki pomiaru ciśnienia cieczy.

Urządzenie sterujące zawiera elementy do opóźniania włączenia uzwojenia grzejnego.

Grzejnik zawiera środki do pomiaru elektrycznego oporu słupa wodnego między dwoma elementami grzejnymi oraz urządzenie do przetwarzania wyników pomiarów.

Urządzenie sterujące zawiera układ logiczny typu fuzzy do przetwarzania wartości pomiarowych i sterowania mocą uzwojeń grzejnych.

Układ logiczny typu fuzzy zawiera elementy do sterowania wskaźnikami zabezpieczania.

Wynalazek odchodzi od dotychczasowej koncepcji łączenia obu odcinków izolacyjnych i odcinków grzejnych w nierozdzielny zespół typu blokowego. Zamiast tego w grzejniku przepływowym według wynalazku przewidziano zastosowanie wykonanych oddzielnie i połączonych dopiero w trakcie montażu modułów na odcinki grzejne oraz tanich i wymiennych węży na oba odcinki izolacyjne. Ma to liczne zalety. Elastyczne węże można bez kłopotu umieścić w niezbędnej obudowie, przy czym liczba oraz promienie zakrzywienia węży są zminimalizowane, co oznacza prowadzenie węży w jak największych zwojach w celu zminimalizowania oporów przepływu. Długości wykonanych z węży odcinków izolacyjnych można każdorazowo dopasować do oporności właściwej wody. W przypadku dobrej jakości wody ewentualnie wysokiej oporności właściwej dla utrzymania zadanego oporu izolacyjnego wystarczą krótkie węże. W przypadku niekorzystnych parametrów należy zastosować odpowiednio większe długości węzy, które są stosunkowo tanie.

Szczególne zalety eksploatacyjne wynikają z umieszczenia wywołujących turbulencję, spiralnych elementów na wewnętrznej ściance rury do obsadzenia spirali grzejnej. Wywoływane przez nie turbulencje intensyfikują przepływ ciepła ze spirali grzejnej na ogrzewany turbulentny strumień cieczy. W efekcie, przy takim samym zapotrzebowaniu na ciepło w miejscu poboru wody można osiągnąć obniżenie temperatury spirali grzejnych w każdym z modułów grzejnych. Mniejsze obciążenie termiczne przy takim samym przepływie ciepła wydłuża żywotność uzwojenia grzejnego. W przypadku uszkodzenia jednego z uzwojeń grzejnych lub zatkania jednego z odcinków przewodów wystarcza naprawa lub wymiana odpowiedniego modułu. Koszty są wówczas stosunkowo niskie.

Odcinek grzejny zawiera kilka modułów grzejnych, które są połączone ze sobą szeregowo w sposób rozłączny za pośrednictwem odpowiadających sobie króćców przyłączowych. Składanie i montaż odcinków grzejnych można ułatwić w ten sposób, ze oba, przyporządkowane jednemu modułowi grzejnemu króćce przyłączowe stanowią wychodzące z przeciwnych stron rury mocującej, komplementarne połączenia wtykowe i/lub połączenia bagnetowe. W tej postaci wykonania wszystkie moduły grzejne mogą mieć identyczny kształt. Podczas montażu urządzenia poszczególne moduły grzejne są łączone ze sobą na zasadzie połączeń bagnetowych, podobnie jak króćce przyłączowe o pasujących końcówkach, służące do podłączenia obu odcinków izolacyjnych do odcinka grzejnego po stronie zimnej i ciepłej wody. W ten sposób, poprzez prostą zmianę liczby użytych modułów grzejnych, z praktycznie jednakowych elementów i modułów grzejnych można składać grzejniki przepływowe o znacznie zróżnicowanej wydajności.

Dzięki zastosowaniu elementów mocujących wystających z wewnętrznej ścianki rury do obsadzenia spirali grzejnej, np. w postaci ustawionych wzdłuż promieni trzpieni itp., można zapobiec nieuniknionemu podczas eksploatacji odchylaniu się spirali grzejnej od osi przy przepływie ogrzewanego medium W celu zoptymalizowania funkcji elementów mocujących

171 406 powinny one być zarówno rozmieszczone w odstępach wzdłuż osi, jak też przemieszczone względem siebie na obwodzie.

Dzięki modułowej budowie funkcjonalnych elementów elektrycznego grzejnika przepływowego według wynalazku wystarczająca okazuje się stosunkowo mała obudowa urządzenia Rurowe moduły grzejne mogą być obsadzone w zagłębieniach wnętrza obudowy. Ma to miejsce również w przypadku tworzących odcinki izolacyjne węży z tworzywa sztucznego, które można układać w zwoje bez zagięć.

Zawór zwrotny, wbudowany z reguły w grzejniki przepływowe, może być wmontowany w blok łączący, stanowiący wlot zimnej wody. Jeżeli tenże blok zostanie przy pomocy elastycznej złączki połączony ze służącym do sterowania fragmentem przewodu zimnej wody, wówczas można obniżyć poziom hałasu wynikającego z działania zaworu zwrotnego, ponieważ dźwięk jest w minimalnym stopniu przenoszony na sztywne elementy urządzenia.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku odcinek grzejny zawiera przynajmniej dwa, oddzielnie sterowane i/lub włączane elementy grzejne, z których przynajmniej jeden jest sterowany w zależności od zapotrzebowania na ciepło i jeden jest dołączany jako ostatni stopień grzejny w celu pokrycia najwyższego zakresu zapotrzebowania na ciepło.

Dzięki stopniowaniu elementów grzejnych oraz możliwości ich oddzielnego sterowania i włączania można szybko pokryć zapotrzebowanie na ciepło w dowolnie szerokich zakresach. Przy niższym zapotrzebowaniu na ciepło trzeba włączyć tylko jeden element grzejny o odpowiednio wysokiej mocy grzewczej.

Jeżeli, zgodnie z innym korzystnym wykonaniem wynalazku, w strumień ogrzewanej cieczy włączonych zostanie kilka ustawionych jeden za drugim elementów grzejnych, wówczas poddawany największym obciążeniom termicznym ostatni element grzejny, pracujący w najwyższej temperaturze, jest uaktywniany tylko w razie potrzeby i najak najkrótszy czas. Podlegający najniższym obciążeniom termicznym element grzejny jest natomiast uaktywniany natychmiast po włączeniu elektrycznego grzejnika przepływowego, pozostaje czynny przez cały czas podawania wody i jest sterowany w zależności od zapotrzebowania.

Niezawodność grzania została, zgodnie z inną korzystną postacią wynalazku, poprawiona w ten sposób, że przewidziano pierwszy czujnik temperatury do pomiaru temperatury cieczy w zakresie wody zimnej oraz drugi czujnik temperatury do pomiaru temperatury cieczy w zakresie wody ciepłej, jak również środki do wymuszonego chłodzenia wrażliwych na wpływ temperatury elektronicznych elementów urządzeniaisterującego i, że środki do wymuszonego chłodzenia są uruchamiane najpóźniej wówczas, gdy mierzona przez pierwszy czujnik temperaturowy temperatura zimnej wody przekroczy górną wartość graniczną.

Ten zgodny z wynalazkiem środek może zapobiec niepożądanemu przerwaniu pracy urządzenia, w następstwie zabezpieczenia elementów elektronicznych przed przegrzaniem, również wówczas, gdy temperatura dopływu zimnej wody jest wyjątkowo wysoka i wchodzi w zakres powyżej temperatury granicznej. W razie potrzeby włączane jest wymuszone chłodzenie wrażliwych na temperaturę elementów konstrukcji przy pomocy wentylatora poprzez kanał do prowadzenia powietrza, związany pod względem przenoszenia ciepła z chłodzonymi elementami elektronicznymi.

Zwiększenie funkcjonalności można uzyskać w innym wykonaniu wynalazku w ten sposób, że zastosowane są środki do pomiaru elektrycznego oporu słupa wodnego między dwoma elementami grzejnymi oraz przyrząd do oceny rezultatów pomiarów. Opór między elementami grzejnymi z gołego drutu jest zależny od jakości grzanej wody oraz od długości słupa wodnego między obydwoma elementami grzejnymi. Ponieważ długość słupa wodnego jest wielkością stałą, więc opór jest wskaźnikiem jakości wody. Pomiar oporu między dwoma elementami grzejnymi można również wykorzystać do kontroli biegu jałowego ewentualnie ochrony przed włączeniem uzwojenia grzejnego na sucho. W tym celu przyrząd analizujący jest wyposażony w środki do przerywania dopływu prądu do elementów grzejnych i działa wówczas, gdy opór między elementami grzejnymi jest większy od zadanej wartości granicznej.

Szczególnie wysoką niezawodność działania, poprawienie bezawaryjności oraz zwiększoną szybkość działania lub reagowania można osiągnąć w specjalnej postaci wykonania wyna171 406 lazku w ten sposób, ze urządzenie sterujące jest wyposażone w układ logiczny typu fuzzy do przetwarzania wartości pomiarowych i sterowania mocą grzewczą.

Jeżeli grzejnik przepływowy ma obsługiwać kilka punktów poboru wody, wówczas należy w niego wbudować ogranicznik strumienia objętościowego

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia istotne elementy funkcjonalne elektrycznego grzejnika przepływowego według wynalazku, w widoku schematycznym, fig. 2 - baterię składającą się z trzech, połączonych ze sobą, odpowiadających sobie modułów grzejnych, które należą do odcinka grzejnego grzejnika przepływowego według fig. 1, a fig. 3 - schemat połączeń elektrycznego grzejnika przepływowego z urządzeniem sterującym zawierającym układ logiczny typu fuzzy.

Ukazany na fig. 1 grzejnik przepływowy zawiera następujące istotne elementy funkcjonalne: wlot zimnej wody 1, urządzenie sterujące 3, które służy zwłaszcza do sterowania mocą grzewczą, pierwszy odcinek izolacyjny 4, umieszczony za nim odcinek grzejny 5 z pierwszym, drugim i trzecim modułem grzejnym 5a, 5b i 5c, które są wykonane jako wzajemnie sobie odpowiadające, a ponadto umieszczony za odcinkiem grzejnym drugi odcinek izolacyjny 6 i wylot ciepłej wody 7.

Wlot zimnej wody 1 ma postać metalowego bloku, w którym poza przyłączem zimnej wody wbudowane są uruchamiany ręcznie zawór odcinający 11, filtr wody 12 i zawór zwrotny 13. Za blokiem wlotu zimnej wody 1 umieszczony jest z reguły sztywny odcinek przewodu 2, na którym umieszczone jest urządzenie sterujące 3 i różne elementy pomiarowe i sterujące, stosowane zwykle w grzejnikach przepływowych. Należy do nich włącznik ciśnieniowy lub przepływowy 20, który przy poborze wody z wylotu wody ciepłej 7 przyłącza elektryczny obwód prądu grzania do urządzenia sterującego 3, oraz włącznik ciśnieniowy 21, który w przypadku wystąpienia nadciśnienia w odcinku przewodu 2 przerywa zasilanie prądem 24 przynajmniej dla układu sterowania mocy. Do kontroli temperatury, jak również ciśnienia po stronie wody zimnej służy układ czujników 23, który jest połączony z urządzeniem sterującym 3. W urządzeniu sterującym 3 znajdują się triaki 31 do oddzielnego sterowania mocą grzewczą poszczególnych modułów grzejnych 5a, 5b i 5c, tworzących odcinek grzejny 5. Sterowanie mocą spirali grzejnych 50a do 50c następuje za pośrednictwem oddzielnych przewodów grzejnych 45. Sposób działania i sposób wykonania urządzenia sterującego 3 zostaną objaśnione dalej w odniesieniu do fig. 3.

Sterowanie mocą elementów grzejnych 50a do 50c następuje za pośrednictwem tranzystorów do wzmacniania mocy lub triaków 31, których wrażliwość na wpływ temperatury jest znana. Do chłodzenia triaków 31 wykorzystywana jest w opisywanym przykładzie wykonania, podobnie jak w znanym stanie techniki, wchodząca do układu zimna woda. Triaki są montowane na wymienniku ciepła 29, który pod względem przenoszenia ciepła jest połączony z przewodem rurowym 2, a poprzez niego z dopływającą zimną wodą. Do chłodzenia triaków najlepiej nadaje się zimna woda o temperaturze z normalnego zakresu poniżej 20°C, ponieważ ciepło wytwarzane przez triaki należy odprowadzać jedynie w trakcie pracy grzejnika przepływowego, a świeża zimna woda w sposób ciągły przepływa przez odcinek chłodzenia. Chłodzące działanie dopływającej zimnej wody jestjednak wystarczające tylko w takim przypadku, gdy temperatura zimnej wody nie przekracza wartości maksymalnej, zależnej od termicznego oporu układów triaków i strat mocy. Nie zawsze jest to jednak zapewnione. Przy niewystarczającym chłodzeniu następuje odłączenie prądu i przerwanie pracy grzejnika przepływowego.

W przykładzie wykonania według fig. 1 do zapewnienia wystarczającego chłodzenia triaków nawet w przypadku wysokich temperatur wpływającej zimnej wody zastosowano dodatkowy wentylator 8, który jest włączany w razie potrzeby przez urządzenie sterujące 3 po określeniu temperatury zimnej wody przez układ czujników 23. Jeżeli temperatura zimnej wody przekracza wartość graniczną, równą przykładowo 20°C, wówczas włączony zostaje wentylator 8. Wytwarzany przez wentylator 8 strumień powietrza jest, poprzez odpowiedni kanał wentylacyjny 80. kierowany na zebra chłodzące wymiennika ciepła (fig. 2), dzięki czemu w każdej chwili zapewnione jest wystarczające odprowadzanie powietrza z triaków 31.

Spiralne elementy grzejne 50a do 50c są wykonane z nieosłoniętych drutów oporowych, które zapewniają szybki przepływ ciepła do ogrzewanej cieczy (wody). Narzucone zostają z góry

171 406 określone wartości oporów między gołymi spiralami grzejnymi i kolejnym metalowym przyłączem w strumieniu wody. W związku z tym przewody, przez które płynie ciecz między poszczególnymi modułami grzejnymi 5a lub 5c i przyłączami po stronie zimnej lub ciepłej wody, muszą być odpowiednio długie. Te przewody do przepływu cieczy są w przedstawionym grzejniku przepływowym utworzone z elastycznych węży, wykonanych z materiału o własnościach izolacyjnych. Węże te można z jednej strony bez problemów połączyć z odpowiednim króćcem przyłączowym, a z drugiej strony łatwo je ułożyć w taki sposób, ze zajmują mało miejsca. Można je na przykład ułożyć w postaci pętli za odcinkiem grzejnym 5 w nie przedstawionej na rysunku obudowie, w dolnej jej części. Średnica pętli musi być na tyle duża, aby ograniczone były mechaniczne opory przepływu i zmniejszone straty w przewodach tworzących odcinki izolacyjne.

Na wyjściu ustawionego w strumieniu cieczy jako ostatni modułu grzejnego 5c umieszczony został układ pomiarowy 30 z czujnikiem temperatury i czujnikiem ciśnienia. Układ pomiarowy 30 jest połączony z urządzeniem sterującym 3. Układ pomiarowy 30 bierze udział w sterowaniu lub regulacji mocy grzewczej z wykorzystaniem triaków.

Istotny aspekt wynalazku stanowi specjalne wykonanie poszczególnych modułów grzejnych 5a, 5b i 5c, objaśnione dalej na podstawie fig. 2.

Rury do obsadzenia spirali grzejnych 51 trzech modułów grzejnych 5a, 5b i 5c są na schemacie według fig. 2 połączone ze sobą w sposób rozłączny za pośrednictwem króćców przyłączowych 53, 54, które stanowią elementy wtykowe. Odpowiednie elementy złączne 44 i 63 są podłączone w sposób rozłączny i nieprzepuszczalny dla cieczy do króćców przyłączowych 53 i 54 pierwszego i ostatniego modułu grzejnego 5a i 5c. Jak łatwo zauważyć, poszczególne moduły grzejne mogą być bez problemów wymieniane lub uzupełniane poprzez rozłączanie i zestawianie komplementarnych króćców przyłączowych. Złączki 44 i 63 są w znany sposób łączone z wężami 4 i 6, tworzącymi odcinki izolacyjne. Złączki i króćce przyłączowe oraz elementy uszczelniające mogą być wykonane według znanych konstrukcji. Istotne jest to, aby zapewnić niezbędne uszczelnienie połączeń w warunkach ciśnień i temperatur panujących na odcinku grzejnym. Zamiast przedstawionych na fig. 2 połączeń wtykowych można również stosować inne rodzaje połączeń, na przykład połączenia śrubowe z nakrętkami kołpakowymi lub zamknięcia bagnetowe, które zamykają się poprzez wzajemny obrót poszczególnych elementów, tworząc zarazem wymagane uszczelnienie.

Każdy z modułów grzejnych 5a, 5b i 5c jest na fig. 2 pokazany jako otwarty i nie zawiera odpowiedniej spirali grzejnej 50a, 50b lub 50c. Na wewnętrznej ściance każdej z rur mocujących 51 znajduje się element 52 wywołujący turbulencję, ukształtowany w postaci żebra o trójkątnym przekroju i spiralnym przebiegu na podobieństwo wielozwojnego i stromego gwintu. Zebro to tworzy zewnętrzny, płaszczowy uchwyt dla spirali grzejnych 50a do 50c. Spirale elementów 52 w postaci żeber i spirali grzejnych 50a do 50c są zazwyczaj przeciwnie skierowane. Podparcie spirali grzejnej na elemencie 52 w postaci żebra następuje w miejscach krzyżowania się spirali i ma charakter punktowy. Spiralne żebro 52 stanowiące element wywołujący turbulencję wchodzi w strumień ogrzewanej cieczy, gdy przepływa ona wzdłuż osi ustawionych jedna za drugą rur 51. Nitki strumienia są na żebrze zaginane poprzecznie do wewnątrz lub wprawiane w ruch skrętny odpowiednio do spiralnego przebiegu żebra 52. Wewnątrz każdej z rur mocujących 51 tworzą się intensywne zawirowania, które prowadzą do polepszenia przepływu ciepła między poszczególnymi spiralami grzejnymi i przepływającym medium. Ten zidentyfikowany przepływ ciepła w połączeniu za znacznie wyższą sprawnością jest zgodnie z wynalazkiem wykorzystywany. W porównaniu ze zwykłymi konstrukcjami możliwe jest Obniżenie temperatury pracy spirali grzejnych.

Zamiast pokazanego we wszystkich modułach grzejnych 5a do 5c na fig. 2 jednego spiralnego żebra 52 na wewnętrznej ściance każdej z rur 51 można umieścić kilka równoległych żeber. Kształt przekroju każdego z żeber 52 nie ma tak dużego znaczenia. Tylna ścianka żebra może zamiast ostrych krawędzi mieć kształt zaokrąglony.

Porównywalny efekt można osiągnąć w ten sposób, że w obwodzie rury zamiast żeber zostaną wykonane szerokie rowki, przy czym powstają ułożone naprzemian pola i bruzdy, podobnie do gwintu w lufie karabinowej.

171 406

Każda z rur 51 wraz ze swymi komplementarnymi króćcami przyłączowymi 53 i 54 oraz przynajmniej jednym spiralnym żebrem 52 jest wykonana z tworzywa sztucznego specjalną metodą wtrysku. Podczas wytwarzania w zewnętrznej formie umieszczany jest rdzeń, który ogranicza wewnętrzną komorę 55 rury 51. W tym me przedstawionym na rysunku rdzeniu wykonany jest przynajmniej jeden spiralny rowek, w którym podczas wtrysku kształtowane jest spiralne żebro 52. Zewnętrzna forma jest zamykana, z zachowaniem odstępu, na współosiowym rdzeniu i przeprowadzany zostaje proces wtryskiwania. Po utwardzeniu znajdującej się między zewnętrzną formą i rdzeniem kształtki forma zostaje otwarta i rdzeń jest wyciągany wzdłuż osi przez otwór 56 na jednym z końców rury 51. W trakcie tego ruchu wzdłuż osi rdzeń jest przekręcany względem kształtki 51 w kierunku spiralnego żebra 52. Stwierdzono, że lekko stożkowy kształt rdzenia z rozszerzeniem w kierunku otworu 56 rury 51 w znacznym stopniu ułatwia wyjęcie rdzenia. Nie stwierdzono przy tym negatywnego wpływu powstałego w ten sposób stożkowego poszerzenia wewnętrznej komory 55 na działanie rury do obsadzenia spirali grzejnej podczas grzania, a otwór umieszczony na drodze przepływu medium zwiększa nawet powstawanie turbulencji oraz podwyższa sprawność grzania.

Do wywoływania turbulencji mogą służyć wykonane oddzielnie elementy do przerywania przepływu, wkładane lub wsuwane przez otwór 56 do wewnętrznej komory 55. Można na przykład wstawić odpowiednią siatkę, której kształt będzie dopasowany do wewnętrznego przekroju rury 51. Z drugiej strony w otoczoną uzwojeniami grzejnymi komorę może być wsuwany centralnie odpowiedni panel.

Spirala grzejna każdego z modułów grzejnych 5ajest wkładana w rurę 51 przed zamknięciem jej końców, otwartych po przeprowadzeniu wtrysku. Końce rury są zamykane zazwyczaj w sposób gazoszczelny przy pomocy kołpaków lub płytek zamykających, przy czym kołpaki lub płytki są zespawane lub sklejone z rurą z tworzywa sztucznego 51. Tego rodzaju środki są znane w stanie techniki, co czyni zbędnym dalsze objaśnienia.

W obudowie urządzenia odcinek grzejny, składający się z baterii np. trzech modułów, może być osadzony w odpowiednich zagłębieniach podstawy. W obudowie mogą być przygotowane wcześniej dodatkowe zagłębienia, tak aby umieszczone w niej mogły być dodatkowe moduły grzejne w celu zwiększenia mocy grzejnej. Również węże 4 i 6 można ułożyć w odpowiednich pierścieniowych komorach w podstawie nie przedstawionej narysunku obudowy.

Do osiowego zamocowania spirali grzejnych 50a, 50b i 50c służą elementy mocujące 57, które przy pomocy odpowiednich środków są przymocowane na stałe do rury 51. Tego rodzaju elementy mocujące 57 mogą stanowić trzpienie przechodzące przez ściankę rury 51 i wystające promieniowo w kierunku osi rury 58. Trzpienie te mogą być przeprowadzone przez ściankę rury i uszczelniane później, to znaczy po zamocowaniu spirali grzejnych. Z drugiej strony rura może się składać z kilku osiowych odcinków, które po wykonaniu i umieszczeniu w nich elementów mocujących 57 są składane współosiowo w płaszczyźnie podziału i uszczelniane.

Poniżej przedmiot wynalazku został opisany w odniesieniu do fig. 3, na której zostały w sposób schematyczny przedstawione elementy pomiarowe, sterujące i wskaźnikowe oraz obwód elektryczny opisanego przykładu wykonania elektrycznego grzejnika przepływowego.

W przykładzie wykonania według fig. 3 triaki 31 urządzenia sterującego 3 są sterowane przez układ regulacji 3a. Układ regulacji 3a zawiera służące do przetwarzania wartości pomiarowych urządzenie wejściowe 32, do którego poza wartościami pomiarowymi doprowadzana jest również ustawiana przez użytkownika zadana temperatura ciepłej wody T_s, urządzenie sterujące wypływem i czasem 33 oraz, jako właściwy regulator, układ logiczny typu fuzzy 34. Układ logiczny typu fuzzy 34 działa za pośrednictwem układu sterowania mocy 35 na jeden lub kilka triaków 31. Triaki 31 zasilają odpowiednio do sposobu ich sterowania przyporządkowane im poszczególne elementy grzejne 5a, 5b i/lub 5c w celu pokrycia zapotrzebowania na ciepło. Zapotrzebowanie to jest w znany sposób uzależnione od strumienia objętości, płynącego przez przewód 2, oraz ustawionej przez użytkownika zadanej temperatury T_s. Układ logiczny typu fuzzy 34 steruje ponadto, dodatkowo względem stopnia sterowania mocą 35. blokiem zabezpieczającym 36. Blok zabezpieczający 36 steruje wskaźnikiem 37, a w określonych, awaryjnych sytuacjach lub w razie uszkodzenia, wyłącznikiem 38, który jest umieszczony między układem

171 406 sterowania mocy 35 i wszystkimi triakami 31. Poprzez połączenie z układem sterowania mocy informacja o uruchomieniu triaków 31 przedostaje się do bloku zabezpieczającego 36.

Układ logiczny typu fuzzy 34 jest, poprzez sprzężenie zwrotne 39, połączony z układem przetwarzania danych 32. Za pośrednictwem tego sprzężenia zwrotnego 39 układ logiczny typu fuzzy 34 może mieć wpływ na sposób przetwarzania wartości pomiarowych. Ponadto przy przetwarzaniu wartości pomiarowych oraz do sterowania wypływem i czasem można wykorzystać przechowywane w pamięci wartości pomiarowe z poprzednich cykli roboczych w celu na przykład tłumienia przeskoków i optymalizacji czasu reakcji.

W przedstawionym na fig. 3 przykładzie wykonania do bloku 36 są doprowadzane w celu przetworzenia następujące wartości pomiarowe: temperatura wejścia Te (punkt pomiarowy 23), temperatura wyjścia Ta (punkt pomiarowy 30), ciśnienie wejścia pe, ciśnienie wyjścia pa i na zakończenie, poprzez parę przewodów pomiarowych 46 wartości oporów ewentualnie przewodności słupa wodnego między dwoma elementami grzejnymi, np. 5a i 5c.

Różnica ciśnień Ap = p_c - pa może być wykorzystywana do wyznaczania początku przepływu wody (otwarcie wylotu wody w miejscu poboru) i w związku z tym do włączania elektronicznego układu sterującego. Ponieważ w systemie wodociągowym zimnej wody panuje z reguły określone ciśnienie, można zrezygnować również z ciągłego pomiaru ciśnienia na wejściu pe. W bloku 32 lub w przyporządkowanym układowi logicznemu typu fuzzy mikroprocesorze różnica ciśnień Ap może zostać zastąpiona wartością odpowiadającą strumieniowi objętości V. Niezbędny do regulacji temperatury strumień objętości można jednak obliczyć również na podstawie mocy elektrycznej, która jest przekazywana z układu sterowania mocą 35 na triaki 31. W tym celu można połączyć impulsy sterujące na wyjściu układu sterowania mocą. Istotne w tym miejscu wahania napięcia w sieci można we właściwy sposób kompensować przy pomocy układu logicznego typu fuzzy 34.

W opisanym przykładzie wykonania można przed włączeniem mocy określić najpierw przy pomocy pary przewodów 46 przewodność lub opór między dwoma oddalonymi od siebie punktami słupa wodnego na odcinku grzejnym 5. W przypadku zbyt wysokiego oporu triaki 31 zostają odłączone przez przerywacz 38, aby zapobiec pracy na sucho, a w związku z tym niebezpieczeństwu uszkodzenia elementów grzelnych. Uruchomienie funkcji zabezpieczających może być również konieczne przy zbyt wysokiej przewodności, to znaczy przy zbyt niskim oporze między przewodami pomiarowymi 46, na przykład z uwagi na niebezpieczeństwo zwarcia i w celu zabezpieczenia przed przeciążeniem

Wymiennik ciepła 29 jest sprzężony termicznie z odcinkiem zimnej wody (odcinek przewodu 2) w ten sposób, że może on wytwarzane w trakcie pracy triaków 31 ciepło oddawać strumieniowi zimnej wody. Temperatura wejścia Te przekazuje procesorowi w układzie logicznym typu fuzzy na bieżąco informację o tym, czy odprowadzane przez strumień zimnej wody ciepło jest wystarczające do chłodzenia triaków 31. Jeżeli temperatura wejścia Te jest za wysoka, na przykład wynosi 20°C, wówczas układ logiczny typu fuzzy 34 uruchamia przekaźnik zabezpieczający 36, który z kolei włącza wentylator 8 i dba o wymuszone chłodzenie triaków 31. Ten całkowicie nowy w grzejnikach przepływowych środek można również korzystnie zastosować także w inaczej wykonanych grzejnikach przepływowych, o ile zależna od temperatury wlotu wody wartość pomiarowa będzie przekazywana do procesora lub odpowiedniej jednostki wejścia. Wymuszone chłodzenie, które może być realizowane na ciekłym medium również przy pomocy pompy, jest zwykle przerywane w tym momencie, gdy pierwotne medium chłodzące, a mianowicie ogrzewana na odcinku grzejnym 5 zimna woda, przekroczy na wejściu zadaną wartość graniczną.

W przedstawionym przykładzie wykonania na wejściu odcinka grzejnego 5 lub przed wylotem ciepłej wody przewidziany został ogranicznik strumienia objętości 62. Przy jego pomocy można w pełni wykorzystać rezerwy mocy grzejnika przepływowego, co ma znaczenie zwłaszcza w przypadku kilku miejsc poboru wody. Jako ogranicznik strumienia objętości może służyć zwykły dławik.

Urządzenie sterujące według fig. 3 zawiera ponadto urządzenie do zmiękczania wody. Składa się ono z przekaźnika 42, który wytwarza prostokątne impulsy o częstotliwości od 2 do 10 kH i w ten sposób powoduje powstanie w obszarze wlotu zimnej wody odpowiedniego pola

171 406 elektromagnetycznego. Pole elektromagnetyczne odpowiada na zmiękczanie wody i redukuje w ten sposób osadzanie się wapienia w bezpośrednim obszarze działania odcinka grzejnego 5.

W ramach zakresu wynalazku możliwe są liczne jego odmiany. I tak na przykład z orzyczyn ekonomicznych można zrezygnować z poszczególnych funkcji zwiększających komfort eksploatacji. Wiele funkcji można zrealizować poprzez proste ukształtowanie układu logicznego typu fuzzy 34, to znaczy bez znaczącego zwiększania kosztów wytwarzania i kosztów urządzenia. Zamiast układu logicznego typu fuzzy 34 można oczywiście zastosować zwykłe urządzenie regulacyjne, zwłaszcza wówczas, gdy można w wystarczającym stopniu określić z góry przebieg funkcjonowania, aż do momentu osiągnięcia zadanej temperatury na wylocie wody i w układzie nie występują znaczące wahania lub przeskoki. W razie potrzeby można również przewidzieć wynoszące kilka sekund opóźnienia we włączaniu, zwłaszcza w przypadku przerwy w zasilaniu. Jeżeli na odcinku grzejnym 5 powstaje nadmierne ciśnienie, wówczas skuteczny może okazać się ogranicznik ciśnienia.

171 406

Fig.3

171 406

Fig.2 }63 54

54171 406

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (20)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektryczny grzejnik przepływowy z wlotem zimnej wody, urządzeniem sterującym, pierwszym odcinkiem izolacyjnym, ustawionym za nim odcinkiem grzejnym, drugim odcinkiem izolacyjnym i wylotem ciepłej wody, znamienny tym, że odcinek grzejny (5) składa się z przynajmniej jednego mającego kształt rury modułu grzejnego (5a, 5b, 5c), który zawiera wstawioną w drogę przepływu wody, w przybliżeniu prostą i mającą okrągły przekrój rurę (51) do obsadzenia sterowanego za pomocą urządzenia sterującego (3) elementu grzejnego (50a, 50b, 50c) i wychodzące z obu końców rury (51) króćce przyłączowe (53, 54), przy czym na wewnętrznej ściance rury (51) do obsadzenia elementu grzejnego umieszczone są elementy (52) wywołujące turbulencję, które przerywająnitki przepływającego przez moduł grzejny strumienia wody i zaginają je w kierunku poprzecznym oraz skręcają, zaś odcinki izolacyjne pierwszy i drugi (4,6) są wykonane w postaci elastycznych węży, z których każdy jest szczelnie połączony z króćcem przyłączowym (53, 54) jednego modułu grzejnego.
2. 2. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że element (52) wywołujący turbulencję ma postać co najmniej jednego spiralnego rowka lub żebra wykonanego na wewnętrznej ściance rury (51) do obsadzania elementu grzejnego.
3. 3. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinek grzejny (5) zawiera kilka modułów grzejnych (5a, 5b, 5c), które są połączone ze sobą w sposób rozłączny za pośrednictwem odpowiadających sobie króćców przyłączowych (53, 54) i ustawione szeregowo.
4. 4. Grzejnik według zastrz. 3, znamienny tym, że przyporządkowane jednemu modułowi grzejnemu (5a) oba króćce przyłączowe (53, 54) stanowią wychodzące wzdłuż promienia po przeciwnych stronach rury (51), odpowiadające sobie wzajemnie elementy wtykowe (53, 54) i/lub odpowiadające sobie wzajemnie połączenia bagnetowe.
5. 5. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy grzejne (50a, 50b, 50c) mają postać spirali grzejnych, a na wewnętrznej ściance rury (51) znajdują się wystające z niej elementy mocujące (57) ograniczające ruch elementu grzejnego (50a) wzdłuż osi.
6. 6. Grzejnik według zastrz. 5, znamienny tym, że elementy grzejne (50a, 50b, 50c) w postaci spirali grzejnych są wykonane z drutów oporowych o nieosłoniętej i metalicznej lub oksydowanej powierzchni.
7. 7. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że długość tworzących oba odcinki izolacyjne (4, 6) elastycznych węży jest tak dobrana, że jest ona wystarczająca także dla cieczy (wody) o możliwie najwyższej przewodności.
8. 8. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każda z rur (51) do obsadzania elementu grzejnego i oba króćce przyłączowe (53, 54) są wykonane w postaci jednoczęściowej kształtki wtryskowej z tworzywa sztucznego, przy czym rura (51) do obsadzania elementu grzejnego jest na obu końcach szczelnie zamknięta.
9. 9. Grzejnik według zastrz. 8, znamienny tym, że wewnętrzna średnica rury (51) do obsadzenia elementu grzejnego jest na jednym końcu (56) lekko poszerzona na kształt stożka.
10. 10. Grzejnik według zastrz. 5, znamienny tym, że elementy mocujące (57) stanowi kilka rozmieszczonych w odstępach wzdłuż osi, przesuniętych zwykle względem siebie na obwodzie nasadek.
11. 11. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każda z rur (51) do obsadzenia elementów grzejnych składa się z kilku osiowych odcinków rury, które są połączone ze sobą na stałe w sposób nieprzepuszczalny dla cieczy, a elementy mocujące (57) są umieszczone w sąsiedztwie miejsc łączenia odcinków rury.
12. 12. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rurowe moduły grzejne (5a, 5b, 5c) są obsadzone w zagłębieniach dolnej części obudowy.

    171 406
13. 13. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że oba tworzące odcinki izolacyjne (4, 6) węże z tworzywa sztucznego są ułożone w zwoje w dolnej części obudowy i są wyposażone w π li ί Ά r»/-» o nl/Jnżjnndn \kraó\r

    VI\J LAIX 1 UkACll 11 Ct V» j *» Zj»łVJUVll US/ii
14. 14. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie sterujące (3) jest przyporządkowane w zasadzie sztywnemu odcinkowi przewodu (2), który jest wstawiony w drogę przepływu cieczy między wlot zimnej wody (1) i pierwszy odcinek izolacyjny (4).
15. 15. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinek grzejny (5) zawiera przynajmniej dwa, oddzielnie sterowane i/lub włączane moduły grzejne (5a do 5c), z których przynajmniej jeden jest sterowany w zależności od zapotrzebowania na ciepło i jeden moduł (5c) jest przyłączany jako ostatni stopień grzejny.
16. 16. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie sterujące (3) zawiera elementy (31, 35) do sterowania mocą elementów grzejnych (50a do 50c), a po stronie zimnej i ciepłej wody znajdują się pierwszy i drugi czujniki pomiaru ciśnienia cieczy (pe i p_a).
17. 17. Grzejnik według zastrz. 1 albo 16, znamienny tym, że urządzenie sterujące (3) zawiera elementy do opóźniania włączenia uzwojenia grzejnego.
18. 18. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera środki do pomiaru elektrycznego oporu słupa wodnego między dwoma elementami grzejnymi (50a do 50c) oraz urządzenie do przetwarzania wyników pomiarów.
19. 19. Grzejnik według zastrz. 1 albo 17, znamienny tym, że urządzenie sterujące (3) zawiera układ logiczny typu fuzzy (34) do przetwarzania wartości pomiarowych i sterowania mocą uzwojeń grzejnych.
20. 20. Grzejnik według zastrz. 19, znamienny tym, że układ logiczny typu fuzzy (34) zawiera elementy (36) do sterowania wskaźnikami zabezpieczania (37).