NL2009006C2

NL2009006C2 - DEVICE AND METHOD FOR HEATING A FLUID, LIKE WATER, HEATING AND TAP WATER.

Info

Publication number: NL2009006C2
Application number: NL2009006A
Authority: NL
Inventors: Willem Diederik Benschop; Dirk Samsom
Original assignee: Samsom Installaties B V
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-17
Also published as: WO2014014340A1; EP2861911A1

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET VERWARMEN VAN EEN FLUÏDUM, ZOALS WATER, VERWARMING EN TAPWATERDEVICE AND METHOD FOR HEATING A FLUID, LIKE WATER, HEATING AND TAP WATER

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.In view of the limited availability of fuels that will inevitably become scarcer in the future, and the associated increasingly higher price level, energy saving and efficient heating are extremely important in the near and further future.

Door alle fabrikanten wordt gezocht naar efficiënte 10 combinaties van verwarming en tapwater met behulp van zogeheten HR (hoog rendement) combiketels.All manufacturers are looking for efficient combinations of heating and tap water using so-called HR (high efficiency) combi boilers.

De onderhavige uitvinding beoogt een aanzienlijke stap te zetten in dit efficiëntieproces en maakt rendementsverbeteringen van 10 tot 30 procent mogelijk.The present invention aims to take a significant step in this efficiency process and allows efficiency improvements of 10 to 30 percent.

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.The present invention provides a system for obtaining hot tap water and heating, comprising a storage reservoir for storing hot fluid, which storage reservoir has a certain height so that there is considerably warmer fluid on the top side of the storage reservoir than on the bottom side thereof ; a heater with a primary heating conduit for heating fluid and a secondary heating conduit for recovering residual heat from the flue gases; and a heat exchanger for obtaining clean and warm tap water from the fluid, wherein hot fluid is conducted from the upper part of the storage reservoir to the heat exchanger as soon as hot tap water is requested and wherein the heater is switched on to continue to meet that demand.

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.In the present invention, a certain amount of central heating water of the heating fluid is stored in a storage reservoir, which storage reservoir is provided on the top with sufficient warm fluid for directly heating tap water while converting the three-way valve in the system is also very suitable is for space heating. Although the system is very suitable for space heating, other heating applications may possibly be conceivable.

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.Since the heat demand at the heat exchanger will depend on the required amount of tap water, for further efficiency it is preferable to make a pump on the primary input side of the heating device controllable, so that with a lower heat often a smaller amount of heat fluid is also supplied by the heating device. and the heat exchanger is conducted.

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.Although it is possible to use a four-way valve which combines the desired switching functions, use is made in a preferred embodiment of two three-way valves, since these are available on the market for central heating equipment at relatively low prices. The outlet of the heat exchanger is preferably coupled to the secondary line of the heating appliance, whereby the demand for hot tap water also cools the flue gases below the dew point and also when tap water is taken off there is a high efficiency.

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.In a further preferred embodiment the wall of the storage reservoir is provided at a certain height, for instance between 20 and 80% of the entire height, with a temperature sensor which can be set to a certain temperature in order to determine at which temperature the heating device must be brought into - and off; this temperature as well as the location of the temperature sensor can depend on the requirements in a certain season or in a certain household, that is to say more or less often tap water and / or space heating.

33

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.Thanks to the storage reservoir, and the control according to the present invention, heat from a solar boiler or wood-burning stove is particularly suitable for being added to the fluid of the storage reservoir. As a result, the heating device is operated less often for keeping the storage reservoir at the right temperature.

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.In a further preferred embodiment the system according to the invention is provided with means for allowing tap water to be drawn off to a greater or lesser extent for a shorter or longer period of time. Suitable means for allowing tap water to be drawn off for a shorter or longer period of time are, for example, a time switch, a legionella prevention system and or an electronic, automatic or manual on and off switch.

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.Furthermore, the present invention provides a method for quickly and efficiently heating tap water, more preferably using the above-mentioned system.

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;Further features, advantages and details of the present invention will be elucidated with reference to the following description in which a preferred embodiment is described and with reference to the drawing, in which: FIG. 1 the preferred embodiment of the system according to the present invention;

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;FIG. 2 shows the preferred embodiment of FIG. 1 in a first state for heating the central heating water in the vessel; Fig. 3 shows the preferred embodiment of Fig. 1 in a second state for providing hot tap water;

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.The preferred embodiment of the heating system 10 (Fig. 1) according to the present invention comprises a storage vessel, 4 e.g. substantially cylindrical with a capacity of approximately 100-1000 liters 12, which is provided with one or more temperature sensors 13, 14 at least one connection at the bottom for a pipe 15, a connection for the pipe at the top 16, as well as a first schematically indicated space heating central heating system 17 and a second schematically indicated central heating system 18, but in any case with 19, 20, 21 of the storage vessel. The first heating system comprises an adjustable three-way valve 22 and radiators 23 and a pump 24, while the second heating system comprises an adjustable three-way valve 25 and underfloor heating system 26 and a pump 27.

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.Connected to line 15 is a heating device 30 with, for example, a power of 15-40 kWatt, to which further 15 lines 31, 32, 33 are connected. Line 31 is connected on the one hand to a line 34 which leads to a plate exchanger 35 and on the other hand to line 36 which leads to a three-way valve 37 to which line 16 is also connected. Line 32 leads to three-way valve 38 which is connected to three-way valve 37 via line 39. A line is also connected to line 39, which leads via a controllable pump 41 to a line 33. A line 42 is connected between plate exchanger 35 and three-way valve 38.

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.As is known, the liquid in the storage vessel has a certain temperature gradient. The liquid in the upper part A of the tank, which is indicated by oblique hatching, has, for example, a temperature of approximately 65 ° C, while the temperature at a certain height below it has a temperature of, for example, approximately 40 ° C. At the bottom 30 of the vessel, the water will have a temperature of approximately 20-25 ° C. By correctly setting both the temperature and the position of at least one of the two sensors 13 and 14, it can be ensured that the water in the portion A has a certain high temperature without the rest of the contents of the storage vessel having to be unnecessarily be warmed up.

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.Figure 2 shows the heating of the central heating water in the vessel, if the temperature sensor (13) indicates that the temperature of the central heating water in the vessel becomes smaller, central heating water becomes from the underside of the storage vessel via line 15 passed through the condensing portion of heater 30 via line 32 and three-way valve 38 via line 40 to the primary combustion circuit (controllable pump 41, line 33 and line 31 and via line 36 and three-way valve 37 and line 16 to the upper part A). By making use of the relatively cold central heating water in the condensing section, optimum use is made of the higher efficiency of the heating device 30, while the cold water is introduced into the storage tank by the introduction of the heated central heating water at the top. does not heat up too much; the heating cycle stops as soon as the temperature sensor indicates that the desired temperature has been obtained at a certain height in the vessel.

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.Figure 3 shows the situation where hot tap water is requested in line 44, as is detected by a sensor (not shown). This hot central heating water is then fed into the heating device via top A of the storage tank via line 16, three-way valve 37, line 39, line 40 and via line 31, line 34 to the plate exchanger 35 for heating the tap water which is being supplied. supplied by line 43. The cooled CH water is led via line 42, three-way valve 38 and line 32 to the condensing part of heat appliance 30, and finally via line 15 to the lower part of the storage tank.

66

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.Thanks to the use of the hot central heating water from the storage tank, the hot water is immediately available for heating tap water, thereby avoiding pipe and standstill losses, while the heating appliance is optimally utilized by using the central heating cooled in the plate exchanger. water passed through the condensing side of the heater.

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.If the storage vessel is sufficiently at the right temperature, a schematically indicated floor heating 23 and 10 schematically indicated radiators 26 of the space heating system can be heated. The adjustable flow rate for the underfloor heating system can be realized more efficiently and easily with the adjustable three-way valve 22, whereby the return line 21 of that system can be based on the temperature of the underside of the storage tank approximately 20-25 ° C. Since the return line 20 of the radiator system is arranged at a higher level in the vessel, the return temperature in that return line 20 is higher, e.g. about 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.In a manner not shown, a so-called close-in boiler can be connected to the portion A of the storage tank, which is considerably more efficient than the current electrically heated close-in boiler as applied on a large scale. It is also possible to connect other heat sources to the storage vessel, such as a solar boiler or a wood-burning stove, since the temperature sensor determines whether sufficient heat is present in the storage vessel and whether or not the heat appliance must be switched on as a result of this.

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.30 Initial calculations and tests have shown that the current connection diagram brings savings of 10 to 30% of the energy required for a household system within reach. Thanks to the more efficient use of the upper part of the storage tank, tap water is quickly available, while the residual heat thereof flows back into the storage tank. Standstill losses are extremely limited, while the costs of two three-way valves (or one four-way valve) are not very comprehensive.

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.The present invention is not limited to the above described preferred embodiment thereof; the requested rights are determined by the claims, within which many modifications of the present system 10 are conceivable.

Claims

A system for obtaining hot tap water and heating, comprising: a storage reservoir for storing hot fluid, which storage reservoir has a certain height so that there is considerably warmer fluid at the top of the storage reservoir than at the bottom thereof; a heating device with a primary heating conduit for heating fluid and a secondary heating conduit for recovering residual heat from the flue gases; and a heat exchanger for obtaining clean and warm tap water from the fluid, wherein hot fluid is conducted from the upper part of the storage reservoir to the heat exchanger as soon as hot tap water is requested and wherein the heater is switched on to continue to meet that demand.

The system of claim 1, wherein a controllable pump is included on the primary input side of the heater.

3. System as claimed in claim 1 or 2, wherein two three-way valves are included between the upper part of the storage reservoir and the pipe system between the heat exchanger and the heating device so that the fluid can flow in both directions.

A system according to claim 1, 2 or 3, wherein the output side of the heat exchanger is coupled to the secondary pipe of the heating device.

System as claimed in one or more of the claims 1-4, wherein a temperature sensor is arranged at a certain location for instance halfway up the height of the storage reservoir for switching on the heating device as soon as the temperature falls below a predetermined value, and wherein heating process continues in the heating device wherein hot fluid is heated from the upper portion into the primary conduit and the cooler fluid is conducted into the secondary conduit until the temperature has risen sufficiently.

6. System as claimed in one or more of the claims 1-5, wherein an external heat source is coupled to the storage reservoir in order to release heat to the fluid therein.

7. System as claimed in one or more of the claims 1-6, provided with means for allowing tap water to be drawn off for a shorter or longer time to a greater or lesser extent.

8. Method for obtaining hot tap water, wherein hot fluid from an upper part of a storage reservoir is led through a heating device to a heat exchanger, in order to provide hot tap water in a fast and efficient manner.

The method according to claim 8, wherein the system according to one or more of claims 1-7 is used. 30