SE449255B

SE449255B - Distributor vessel containing water-heating heat exchanger

Info

Publication number: SE449255B
Application number: SE8201317A
Authority: SE
Inventors: B U Gustafsson
Original assignee: Projectus Ind Produkter Ab
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1987-04-13
Also published as: SE8201317L

Abstract

The distributor vessel contains a radiator fluid, a heat exchanger to heat tap-water, a condenser belonging to a heater pump, and a hot gas cooler for the heater pump. Two covers are placed coaxially with the vessel cover. The condenser is situated in the lower part of the channel between the covers, with the gas cooler in the upper part.

Description

15 20 25 30 35 40 449 255 e.j a æ,Ta? ÄNDAMÅL _ i i p* p q så g..-1 Ett ändamål med uppfinningen är att anvisa en ny bereda- reanordning som är särskilt anpassad för värmeförsörjning med en värmepump. Ett ytterligare ändamål är därvid att anvisa en beredarekonstruktion som på gynnsamt sätt tillvaratar värmepum- pens inneboende egenheter för maximering av värmepumpens värmepro- duktionsfaktor samtidigt.som behoven för tappvarmvattnets och radiatorkretsvätskans temperaturer innehålles. 15 20 25 30 35 40 449 255 e.j a æ, Ta? OBJECT _ i i p * p q så g ..- 1 An object of the invention is to provide a new boiler device which is specially adapted for heat supply with a heat pump. A further object is to provide a boiler design which advantageously utilizes the heat pump's inherent peculiarities for maximizing the heat pump's heat production factor at the same time as meeting the needs for the temperatures of the domestic hot water and radiator circuit.

KARAKTERISERING Av uPPFINN1NGﬁNg p _ Uppfinningen avser ett beredarekärl som omfattar en ver- tikalt orienterad behållare anordnad att innehälla en radiator- kretsvätska. Behållaren innefattar en första värmeväxlare för beredning av tappvarmvatten, en andra värmeväxlare för överfö- ring av kondensvärme från en värmepump till vätskan, en tredje värmeväxlare för överföring av värmepumpens hetgasvärme till I vätskan och eventuellt en eller flera elpatroner för värmning av vätskan såsom komplement till eller ersättning av värmepumps värmningen exempelvis i det fall att värmepumpen bortfaller.CHARACTERIZATION OF THE INVENTION ﬁ Ng p _ The invention relates to a preparation vessel comprising a vertically oriented container arranged to contain a radiator circuit liquid. The container comprises a first heat exchanger for the preparation of domestic hot water, a second heat exchanger for transferring condensate heat from a heat pump to the liquid, a third heat exchanger for transferring the heat pump heat gas heat to the liquid and optionally one or more heating cartridges or replacement of the heat pump heating, for example in the event that the heat pump fails.

Utgående från ett sådant beredarekärl utmärkes uppfinningen i huvudsak av att ett mantelhölje är anordnat koncentrískt innan- för behållarens mantel till bildning av en vertikalt orienterad ringformig'vätskeströmningsspalt, att mantelhöljet uppvisar en öppning mellan sina övre och undre ändar, att ett utlopp för vätskan är anordnat i manteln vid nivån för öppningen, att ett inlopp för vätskan är anordnat vid behållarens bottenområde, att den första värmeväxlaren är utförd i form av en_kring be- hållarens axel skruvlinjeformigt förlagd rörskara innanför man- telhöljet, vilken rörskara är anordnad att genomströmmas av tappvatten i riktning uppåt, att den andra värmeväxlaren är an- ordnad i spalten under nämnda öppning, att den tredje värmeväx- laren är anordnad i spalten ovanför nämnda öppning, att ett rör är anordnat centralt i behållaren innanför mantelhöljet genom rörskarans centrum och att såväl röret som mantelhöljet är öpp- nat vid sína övre och undre ändar._ n i Ett kondensatkärl tillhörande värmepumpen kan vara anord- nat i spalten under den andra_värmeväxlaren. En elpatron för värmning av vätskan såsom komplement till eller ersättning av värmepumpsvärmningen kan vara anordnade i rörets undre del.Starting from such a preparation vessel, the invention is mainly characterized in that a jacket casing is arranged concentrically inside the casing of the container to form a vertically oriented annular liquid flow gap, that the casing casing has an opening between its upper and lower ends for an outlet in the jacket at the level of the opening, that an inlet for the liquid is arranged at the bottom area of the container, that the first heat exchanger is designed in the form of a helically arranged tube around the shaft of the container inside the jacket housing, which tube is arranged to flow through tap water. upwards, that the second heat exchanger is arranged in the gap below said opening, that the third heat exchanger is arranged in the gap above said opening, that a pipe is arranged centrally in the container inside the jacket casing through the center of the pipe cutter and that both the pipe and the jacket casing are opened at its upper and lower ends._ ni A condensate vessel the associated heat pump can be arranged in the gap under the second_heat exchanger. An immersion heater for heating the liquid as a complement to or replacement of the heat pump heating can be arranged in the lower part of the pipe.

Eventuellt kan dessutom en andra elpatron vara anordnad i rö- rets övre del varvid den andra patronen företrädesvis har a v; 10 15 20 25 30 35 _. 3 449 255 a g , _ , väsentligen dubbelt så stor effekt som den första patronen för att säkerställa en ändamålsenlig cirkulation av vätska i kärlet om värmepumpen bortfallit och värmebehoven på radiatorkrets- sidan och tappvarmvattensidan skall tillfredsställas på ända- målsenligt sätt.Optionally, a second electric cartridge may also be arranged in the upper part of the pipe, the second cartridge preferably having a v; 10 15 20 25 30 35 _. 3 449 255 a g, _, substantially twice as much power as the first cartridge to ensure an efficient circulation of liquid in the vessel if the heat pump has failed and the heating needs on the radiator circuit side and the domestic hot water side must be satisfactorily satisfied.

En mantelhöljets undre del kan vara utförd trattformig för att erbjuda en utvidgning av spaltens undre del varvid den andra värmeväxlaren med fördel kan vara förlagd i spaltens ut- vidgade del. i D Den andra och den tredje värmeväxlaren utgör värmepumpens kondensor respektive hetgaskylare och genomströmmas av värme- pumpens köldmedium. Behållarens vätskeínlopp, den första värme- växlarens inlopp och utlopp, och köldmedieinloppet som köld- medíeutloppet är förlagda i behållarens botten. Den uppfin- ningsenliga konstruktionen gör det möjligt att på enkelt sätt bygga upp och bereda kärlet. Härvid börjar man med att ställa upp behållarens bottendorn och på denna montera röret samt man- telhöljets undre del. Därefter kan man då montera den andra och den tredje värmeväxlaren utanpå mantelhöljets trattformiga smala del samt montera den första värmeväxlaren kring röret ovanför den trattformiga delen av mantelhöljet. Vidare kan samtliga an- slutningar för tappvatten och köldmedium färdigställas genom behållarens botten. Därefter monteras mantelhöljets övre del.A lower part of the jacket casing can be made funnel-shaped to offer an extension of the lower part of the gap, whereby the second heat exchanger can advantageously be located in the expanded part of the gap. i D The second and third heat exchangers constitute the heat pump's condenser and hot gas cooler and are flowed through by the heat pump's refrigerant. The liquid inlet of the container, the inlet and outlet of the first heat exchanger, and the refrigerant inlet as the refrigerant outlet are located in the bottom of the container. The construction according to the invention makes it possible to build up and prepare the vessel in a simple manner. This starts with setting up the bottom mandrel of the container and mounting the pipe and the lower part of the jacket casing on it. Then you can mount the second and the third heat exchanger on the outside of the funnel-shaped narrow part of the jacket casing and mount the first heat exchanger around the pipe above the funnel-shaped part of the jacket casing. Furthermore, all connections for tap water and refrigerant can be completed through the bottom of the container. Then the upper part of the jacket casing is mounted.

Därefter monteras den tredje värmeväxlaren kring mantelhöljets övre del. Därefter kan behållarens mantel placeras-på behålla-D rens botten och fastsvetsas vid densamma varvid behâllarens 'övre del även kan innefatta behållarens övre dorn.Then the third heat exchanger is mounted around the upper part of the jacket casing. Thereafter, the jacket of the container can be placed on the bottom of the container and welded thereto, the upper part of the container also comprising the upper mandrel of the container.

Uppfinningen definieras i de bílagda patentkraven. Upp- finningen kommer i det följande att närmare beskrivas i exempel- form med hänvisning till bifogade ritning.The invention is defined in the appended claims. The invention will in the following be described in more detail in exemplary form with reference to the accompanying drawing.

RITNING Den bifogade ritningen visar schematiskt ett axialsnitt genom ett beredarekärl enligt uppfinningen.DRAWING The accompanying drawing schematically shows an axial section through a preparation vessel according to the invention.

UTPURINGSEXEMPEL a 'På ritningen illustreras en behållare omfattande en man- tel 1, en undre dom 2 och en övre dom .3. Ett rör 8 sträcker sig centralt i behållaren och är monterat på den undre domen 2. 10 15 20 25 30 35 44925 34 _ a _, _ Röret 8 är öppet vid sin övre_önde ll och uppvisar öppningar 9 vid sin undre ände. Ett mantelhölje är anordnat koaxiellt med _ 3 _ e behållaremanteln 1 och består av en övre cylindrisk mantel 4, en undre cylindrisk mantel 6 som är monterad på den undre dor- nen 2, och en konisk plåt 5 som förbinder de cylindriska mant- larna 4 och 6. Den undre manteln 6 uppvisar i sin undre del öppningar 7 som vetter mot behållaremanteln 1. Radiella stag 19 är anslutna mellan mantelplåten S och röret 8. Det inses att __ ' mantelhöljet i sin helhet kan vara uppburet via stagen 19 från röret 8 så att manteldelen 6 icke behöver vara ansluten till den undre domen 2. En inloppsledníng 14 för tappvatten sträcker sig genom den undre domen 2 upp till en fördelningslåda 2§ till vilken ansluter en mångfald rör l5. Röret 8 bär konsoler 18 på olika nivåer för att uppbära rörskaran 15. Rörskaran 15 är_för- lagd i skruvlinjeform kring röret 8 innanför manteldelen 4 och har en radiell utbredning motsvarande det fria utrymmet mellan å? manteldelcn 4 och röret 8. Rörskaran 15 ansluter vid rörets 8 övre del till en fördelningslåda 28. En utloppsledning l6 för värmt tappvatten ansluter till lådan 28 och sträcker sig nedåt i behållaren och är förd genom behållarens undre dorn 2, En ringformig rörvärmeväxlare är monterad mellan den cylindriska behållaremanteln l och mantelhöljesdelen 6. Vidare är en kon- densattank 34 monterad i det ringformiga utrymmet under värme- växlaren 33. _ _ pk 4* 7 4 3 to _44 3 Ungefär vid sin halva höjd uppvisar behållaremanteln l ett utlopp 24 för varm radiatorkretsvätska. En returledning 23 för radiatorkrctsvätska ansluter till behållarens bottenområde, och ansluter därvid företrädesvis tangentíellt till behållaren.EXAMPLE EXAMPLE a 'The drawing illustrates a container comprising a jacket 1, a lower judgment 2 and an upper judgment .3. A tube 8 extends centrally in the container and is mounted on the lower mandrel 2. The tube 8 is open at its upper end 11 and has openings 9 at its lower end. A jacket casing is arranged coaxially with the container casing 1 and consists of an upper cylindrical jacket 4, a lower cylindrical jacket 6 mounted on the lower mandrel 2, and a conical plate 5 connecting the cylindrical jackets 4. and 6. The lower casing 6 has in its lower part openings 7 facing the container casing 1. Radial struts 19 are connected between the casing plate S and the pipe 8. It is understood that the jacket casing in its entirety can be supported via the struts 19 from the pipe 8 so that the jacket part 6 does not have to be connected to the lower mandrel 2. An inlet line 14 for tap water extends through the lower mandrel 2 up to a distribution box 2§ to which a plurality of pipes l5 connect. The pipe 8 carries brackets 18 at different levels to support the pipe group 15. The pipe group 15 is arranged in a helical shape around the pipe 8 inside the jacket part 4 and has a radial extent corresponding to the free space between the river? the jacket part 4 and the pipe 8. The pipe group 15 connects at the upper part of the pipe 8 to a distribution box 28. An outlet line 16 for hot tap water connects to the box 28 and extends downwards in the container and is passed through the container's lower mandrel 2. An annular pipe heat exchanger is mounted the cylindrical container jacket 1 and the jacket housing part 6. Furthermore, a condensate tank 34 is mounted in the annular space below the heat exchanger 33. _ _ pk 4 * 7 4 3 to _44 3 Approximately at half its height, the container jacket 1 has an outlet 24 for hot radiator circuit fluid. A return line 23 for radiator fluid connects to the bottom area of the container, and thereby preferably connects tangentially to the container.

Mantelhöljesdelen 4 uppvisar en eller flera öppningar Zl vid nivån för utloppet 24. I spalten 20 mellan behållaremanteln 1 och mantelhöljesdelen 4 ovanför öppningarna 21, Z4_är en värme- vâxlare 31 anordnad. Varmeväxlaren 31 kan bestå av ett skruv- linjeformigt lindat rör. _ . 3 _ En ledning 30 som leder förångat köldmedium från en icke visad värmepump-sträcker sig genom behållarens undre dorn Z ' , f upp till värmeväxlaren 31 vilken fungerar såsom hetgaskylare; En ledning 32 leder den kylda köldmedieångan till värmeväxlaren 33 vilken tjänar såsom kondensor för värmepumpen. Tanken 34 vil- ken utgör köldmedictank och även tjänstgör såsom kondensatünder- 10 15 20 ZS 30 35 g l ss 449 255 _ I. ' 't kylare för värmepumpen är inkopplad i serie efter värmeväx- laren 33, och en utloppsledning 35 som sträcker sig genom be- i hållarens undre dorn 2 återleder underkylt köldmediekondensat till värmepumpen.The jacket casing part 4 has one or more openings Z1 at the level of the outlet 24. In the gap 20 between the container casing 1 and the jacket casing part 4 above the openings 21, Z4 - a heat exchanger 31 is arranged. The heat exchanger 31 may consist of a helically wound tube. _. A line 30 which conducts evaporated refrigerant from a heat pump (not shown) extends through the lower mandrel Z ', f of the container, up to the heat exchanger 31 which acts as a hot gas cooler; A line 32 conducts the cooled refrigerant vapor to the heat exchanger 33 which serves as a condenser for the heat pump. The tank 34 which constitutes a refrigerant tank and also serves as a condensate sub-cooler for the heat pump is connected in series after the heat exchanger 33, and an outlet line 35 which extends through in the lower mandrel 2 of the container, the subcooled refrigerant condensate returns to the heat pump.

Värmeväxlaren 33 kanomfatta en fördelningslåda 41 till vilken ledningen 32 ansluter varvid en mångfald rör är lindade i skruvlinjeform kring mantelhöljesdelen 6 för att avslutas i en utloppslåda 42 vilken uppvisar en rörledning vilken ansluter till tanken 34. I 2 En första värmepatron 10 är införd centralt genom den undre behällaredorneni2 och sträcker sig in i rörets 8 undre tände. En andra värmepatron 12 är införd genom behållarens övre dorn och sträcker sig in i rörets 8 övre ände. Patronerna 10 och ll är anordnade att dels säkerställa värmning av vätskan i behållaren l till 3 om värmepumpen skulle bortfalla dels att säkerställa en erforderlig vätskecirkulation i behållaren under detta driftsfall. Vidare tjänstgör naturligtvis patronerna 10, ll att om så önskas komplettera värmetillförseln till behålla- ren om värmepumpens effekt_momentant visar sig otillräcklig. de Beredarekärlets funktion är följande; ett kallt vatten inströmmar via ledningen 23 och/eller via ringspalten mellan höljesdelen 6 och röret 8 och öppningen 7, och stiger uppåt ge- nom värmeväxlaren 33 där vätskan värms för att strömma uppåt i spalten 20. Varmt vatten bortledes via ledningen 24 och/eller kan inströmma genom öppningen 21 till utrymmet innanför mantel- höljesdelen 4. Vidare kan varmt vatten strömma uppåt i spalten förbi hetgaskylaren 31 och ansamlas i behâllarcns övre del.The heat exchanger 33 may comprise a distribution box 41 to which the conduit 32 connects, a plurality of pipes being wound in helical shape around the jacket casing part 6 to terminate in an outlet box 42 which has a pipeline which connects to the tank 34. A first heating cartridge 10 is inserted centrally through it. lower container mandrel 2 and extends into the lower end of the tube 8. A second heating cartridge 12 is inserted through the upper mandrel of the container and extends into the upper end of the tube 8. The cartridges 10 and 11 are arranged to ensure heating of the liquid in the container 1 to 3 if the heat pump should fail, and to ensure a required liquid circulation in the container during this operating case. Furthermore, of course, the cartridges 10, 11 serve, if desired, to supplement the heat supply to the container if the heat pump's power_ momentum proves insufficient. the function of the preparation vessel is as follows; a cold water flows in via the line 23 and / or via the annular gap between the casing part 6 and the pipe 8 and the opening 7, and rises upwards through the heat exchanger 33 where the liquid is heated to flow upwards in the gap 20. Hot water is discharged via the line 24 and / or can flow through the opening 21 to the space inside the jacket housing part 4. Furthermore, hot water can flow upwards in the gap past the hot gas cooler 31 and accumulate in the upper part of the container.

Naturligtvis kommer det kalla vatten_vatten som inström- mar under värmeväxlaren 33 att förvärmas genom värmeväxlings- kontakt med tanken 34. Så småningom.etableras en temperatur- gradient i behållaren på-grund av välkända skiktningsfenomen.Of course, the cold water_water flowing under the heat exchanger 33 will be preheated by heat exchange contact with the tank 34. Eventually, a temperature gradient will be established in the container due to well-known layering phenomena.

Tappvatten som inledes genom ledningen 14 och bortledes genom ledningen 16 kommer att kontinuerligt värmas till allt högre temperaturnivå under passage uppåt genom rörskaran 15. Behållare- utrymmet ovanför öppningarna Zl, 24 bildar ett lagringsutrymme för radiatorkretsvätska som värmts till en hög temperatur mot- svarande hetgaskylarens 31 tempratur,_och den i detta utrymme befintliga varma vätskevolymen_kommer att utgöra en energireserv vid kraftig tappning av varmvatten. Vid kraftig tappning av ' 10 15 20 25 449 255g _ Öns f' V i V .Af varmvatten kommer kvld radiatorkretsvätska att strömma nedåt inuti mantelhöljet och sedan strömma uppåt genom värmeväxlaren 33 förrätt i beroende av då erhållen temperatur sedan återvin- komma i mantelhöljet via öppningen Zl eller passera hetgasf kylaren 31 eller vid behov avlägsnas genom radiatorkretsens stigareledning 24. Det inses att temperaturgradienten i behål- laren kan upprätthållas utan någon påtaglig omrörning vid (å: energiavtappning via tappvatten och radiatorkretsen varvid energireserven motsvarande högtempraturområdet ovanför öppr ningarna 21, 24 tjänar till att utgöra en buffert mot stört- tappningar av varmvatten. i s gp _ p Genom det uppfinningsenliga beredarekärlet kan sålunda tappvarmvattnet bibringas en sluttemperatur motsvarande tem- p peraturnívån för värmepumpens hetgaskylare 31 varvid värmepum- pens kondensortemperaturkan förläggas vid en lägre temperaturv änckn temperatursom erfordras för tappvarmvattnet och samtidigt värmepumpens värmefaktor kan maxímeras.Tap water introduced through line 14 and discharged through line 16 will be continuously heated to an ever higher temperature level during passage upwards through the tubing 15. The container space above the openings Z1, 24 forms a storage space for radiator circuit liquid heated to a high temperature corresponding to the hot gas cooler 31 temperature, _and the volume of hot liquid present in this space_will constitute an energy reserve in the event of heavy bottling of hot water. In case of heavy draining of '10 15 20 25 449 255g _ Öns f' V i V .Of hot water, evening radiator circuit liquid will flow downwards inside the jacket casing and then flow upwards through the heat exchanger 33 starter depending on the temperature obtained then recover in the jacket casing via the opening Z1 or pass the hot gas cooler 31 or, if necessary, is removed through the riser line 24 of the radiator circuit. It is understood that the temperature gradient in the tank can be maintained without any appreciable agitation at (on: energy drain via tap water and the radiator circuit). Thus, by means of the boiler according to the invention, the domestic hot water can be brought to a final temperature corresponding to the temperature level of the heat pump's hot gas cooler 31, whereby the heat pump's condenser temperature can be stored at a lower temperature which is required at a lower temperature. the water and at the same time the heat pump's heat factor can be maximized.

I det fall värmepumpen skulle bortfalla kommer värmepa-i tronerna 10, ll att säkerställa en cirkulation i behållaren på sådant sätt att ogynnsamma:temperaturskiktningar hos radiator~ kretsvätskan undvikes{ Patronerna 10 tjänar primärt till att säkerställa en cirkulation och en förvärmning av vätskan och patronen ll tjänar till att erbjuda en slutvärmning av vätskan 1 kärlet. i to l _ ü ;i _ _ Genom den uppfinníngsenliga konstruktionen erhålles vi- dare en indirekt överföring av värme från värmepumpen till tapp- vattnet så att tappvattnet icke kontamineras om exempelvis värmeväxlaren 33 skulle-läcka§g I I få;In the event that the heat pump should fail, the heat pumps 10, 11 will ensure a circulation in the container in such a way as to adversely: temperature stratifications of the radiator circuit fluid are avoided {The cartridges 10 serve primarily to ensure a circulation and a preheating of the liquid and the cartridge 11 serves to offer a final heating of the liquid in the vessel. The construction according to the invention further provides an indirect transfer of heat from the heat pump to the tap water so that the tap water is not contaminated if, for example, the heat exchanger 33 should leak;

Claims

1. ite É al 7 -l 449 255 PATENT REQUIREMENTS I 1. Boiler vessels comprising a vertically oriented container (1, 2,3) arranged to contain a radiator circuit liquid, which container contains a first heat exchanger (15) arranged to be flowed through by tap water , a second heat exchanger (33) flowing through a refrigerant for transferring condensate heat from a heat pump to the liquid, a third heat exchanger (31) flowing through the refrigerant for transferring the superheating heat of the refrigerant to the liquid, and optionally an immersion heater (10) for heating the liquid as a complement or replacement for the cooling of the refrigerant liquid, characterized in that a jacket casing (4, S, 6) is arranged concentrically inside the jacket (1-3) of the container (1-3). ) to form a vertically oriented annular liquid flow gap (20) between the container jacket (1) and the jacket height, that the jacket cover has an opening (Z1) between its ends, that an outlet for the liquid is arranged in containers the jacket (1) at the level of the jacket housing opening (Z1), that an inlet (23) for the liquid is arranged in the bottom area of the container (1-3), that the first heat exchanger is designed in the form of a circumference the shaft of the container helically arranged tubular tube inside the jacket casing, which tube tube is arranged) to be flowed through by tap water in the upward direction, the first heat exchanger extending along most of the height of the container, that the second heat exchanger (33) is arranged Below the level of the opening (21) and the outlet (24), respectively, that the third heat exchanger (31) is arranged in the gap (20) above said level, that a pipe (8) is arranged centrally in the container in the center of the helical group, wherein the tube (8) extends along substantially the entire height of the container, and that both the tube (8) and the jacket casing (4-6) are open at their upper and lower ends. "pp 'e de pj

Boiler vessel according to Claim 1, characterized in that a condensate vessel (34) which is connected in series after the second heat exchanger is located in the gap (20) below the second heat exchanger (33).

Boiler vessel according to Claim 1 or 2, characterized in that an immersion heater (MH) is arranged in the lower part of the tube (3). I I f8 449; 25sg ”ae É

4 .; Boiler vessel according to claim 3, characterized in that the immersion heater (10) is arranged in the lower part of the tube (8) and that a second immersion heater (11) is arranged in the upper part of the tube, the second electrons being preferably has essentially 'twice as much power as the first immersion heater' (l0)} aS. Boiler according to one of Claims 1, to 5, characterized in that the lower part (5, 6) of the jacket casing (4-6) is of stepped shape in order to offer an extension of the lower part of the gap (20) and that it the second heat exchanger (33) is located in the enlarged part of the gap (20). 6. A preparation vessel according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the inlet's liquid inlet (23), the first tissue exchanger's inlet and outlet (14, 16) and the inlet (30) and the outlet (35) for the refrigerant is placed in the bottom of the container (1-3). X _; d d d Z 'O