ТЕПЛООБМЕННИК, НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ НАГРЕВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2018 года по МПК F24H1/52 

Изобретение относится к теплообменнику и к нагревательному устройству, оснащенному этим теплообменником, нагревательной системе и к способу их применения.

Теплообменники применяются во многих охлаждающих и нагревательных устройствах. Известными нагревательными устройствами являются, например, отопительный котел для нагрева воды центрального отопления и газовая колонка или бойлер для нагрева водопроводной воды. Газовая колонка представляет собой проточный водонагреватель, который нагревает воду, когда вода течет через нее, а бойлер представляет собой устройство подачи горячей воды, которое имеет емкость для хранения горячей воды.

Также известны комбинированные котлы, в которых упомянутый выше отопительный котел комбинируется с газовой колонкой или бойлером. Их преимуществом является то, что и вода для системы центрального отопления и водопроводная вода нагреваются с помощью одного источника тепла, такого как горелка. Так как используется только один источник тепла, с одной стороны обеспечивается экономия пространства, а с другой стороны, возможность обходиться без второго источника тепла выгодна с точки зрения стоимости.

В частности, предпочтительный теплообменник и оснащенное им нагревательное устройство для воды предлагаются заявителем в патенте Нидерландов NL1035654. Этот теплообменник изготавливается из теплопроводящего материала и содержит поперечные ребра и продольные ребра для направления текучей среды и для передачи тепла между текучей средой и теплообменником, первый трубопровод для направления второй текучей среды, второй трубопровод для направления третьей текучей среды, причем первый и второй трубопроводы заглублены в теплопроводящий материал теплообменника. Благодаря тому, что теплообменник объединяет в себе ребра и два трубопровода, теплообмен может происходить между тремя текучими средами. Теплообменник согласно NL1035654 поэтому в частности хорошо подходит для применения в комбинированном котле, в котором текучими средами, текущими через два трубопровода, являются вода центрального отопления и водопроводная вода.

Однако остается потребность в дальнейшем улучшении эффективности нагревательных устройств и теплообменников, в которых соблюдаются такие предварительные условия, как компактность и надежность.

Целью изобретения является создание теплообменника и нагревательного устройства описанного выше типа, в которых указанные недостатки не встречаются или встречаются по крайней мере в меньшей степени.

Эта цель достигается в настоящем изобретении посредством теплообменника, нагревательного устройства, нагревательной системы и способа согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Согласно изобретению предлагается теплообменник для нагревательного устройства, в частности для водонагревателя, содержащий:

- первый контур трубопровода для направления первой текучей среды;

- второй контур трубопровода для направления второй текучей среды;

- в котором первый контур трубопровода и второй контур трубопровода оба размещаются в теплопроводящем материале;

- в котором теплопроводящий материал имеет на первой стороне ребра для передачи тепла между третьей текучей средой и по меньшей мере первым контуром трубопровода, так что во время работы может происходить передача тепла между третьей текучей средой и первой текучей средой, текущей через первый контур трубопровода;

- в котором первый контур трубопровода по существу образует плоскость, расположенную по существу параллельно и рядом с первой стороной теплопроводящего материала;

- в котором второй контур трубопровода располагается по существу вдоль первого контура трубопровода, так что во время работы может происходить передача тепла между второй текучей средой и первой текучей средой, текущей через первый контур трубопровода; и

- в котором второй контур трубопровода продолжается по существу вдоль только ограниченной части плоскости, образованной первым контуром трубопровода.

«Ограниченная часть плоскости, образованной первым контуром трубопровода» подразумевает, что второй контур трубопровода продолжается менее далеко в теплопроводящий материал теплообменника.

Если первый контур трубопровода продолжается на высоту Н1 в теплопроводящий материал, а второй контур трубопровода имеет высоту Н2, тогда Н2<Н1.

Предпочтительно дополнительно используется отношение Н2<0,8×Н1, и еще более предпочтительно Н2<0,7×Н1. Соблюдение этого отношения гарантирует, что второй контур трубопровода, когда он размещен в нагревательном устройстве, располагается достаточно далеко от горелки, выполняющей функцию источника тепла.

Ограничительная часть п. 1 формулы изобретения известна из комбинированных котлов, поставляемых заявителем, таких как известные, среди прочего, из NL1035654. Так как в случае теплообменников желательно получить наиболее оптимальную возможную передачу тепла, в теплообменнике, представленном в NL1035654, контуры трубопровода, между которыми должна происходить передача тепла, располагаются рядом друг с другом на протяжении по существу всей длины теплообменника (см., в частности, фиг. 2 в NL1035654). Теплообменник согласно изобретению отличается от теплообменника согласно NL1035654 как раз в том, что, как это ни странно, два контура трубопровода, расположенные рядом друг с другом в теплообменном контакте, имеют существенно различающиеся длины.

Это необычное конструктивное решение обеспечивает возможность использовать два отдельных источника тепла, при этом предотвращается или значительно уменьшается нежелательный нагрев одного источника тепла от другого источника тепла. Тем самым возможно использовать два источника тепла с различными мощностями, без нагрева самым мощным источником тепла более слабого источника тепла и без потерь в результате этого тепловой энергии.

Изобретение в частности предлагает теплообменник, который объединяет в себе теплообменник газ-жидкость и теплообменник жидкость-жидкость. Необычным здесь является то, что вторичная жидкость в обоих типах теплообменников будет одной и той же, т.е. водопроводная вода и/или вода центрального отопления. Могут использоваться оба типа теплообменников, при этом конструкция обеспечивает, что теплообменники оказывают минимальное неблагоприятное влияние друг на друга, когда один из двух, например, не работает. Тем самым можно предположить, что осенью и весной, для большинства условий эксплуатации, возможно будет достаточно тепла, подаваемого с помощью теплового насоса, в результате чего газовую горелку будет необходимо использовать минимально для дальнейшего дополнительного нагрева.

Зимой газовую горелку может поддерживать естественный источник тепла, такой как тепловой насос или солнечный коллектор. Однако так как также возможно предположить, что воздушный тепловой насос или солнечный коллектор будут вносить минимальный вклад в некоторые периоды, может случиться так, что текучая среда во втором и/или третьем контуре трубопровода будет временно застаиваться. Чтобы предотвратить кипение текучей среды или химическое разложение, второй и/или третий контуры трубопровода продолжаются только на ограниченную часть плоскости, образованной первым контуром трубопровода, и располагаются по меньшей мере не непосредственно за горелкой.

Теплопроводящий материал теплообменника может быть изготовлен из единого куска материала, и, если требуется, вместе с ребрами, по меньшей мере частично выполненными за одно целое с ним.

Согласно предпочтительному варианту воплощения второй контур трубопровода по меньшей мере на 20% короче, чем первый контур трубопровода. Длина контура трубопровода определяется здесь как общая длина трубы, находящейся внутри теплообменника, т.е. от впускного отверстия контура трубопровода до его выпускного отверстия в теплопроводящем материале теплообменника.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения теплообменника первый контур трубопровода располагается между вторым контуром трубопровода и первой стороной теплопроводящего материала, причем эта первая сторона имеет ребра.

В этой предпочтительной конструкции третья текучая среда, текущая вдоль ребер на первой стороне теплопроводящего материала, а также вторая текучая среда, текущая через второй контур трубопровода, могут использоваться в качестве источника тепла для нагрева первой текучей среды, текущей через первый контур трубопровода во время работы.

В частности преимуществом здесь является то, что второй контур трубопровода, который располагается на стороне первого контура трубопровода, удаленной от первой стороны теплопроводящего материала, экранирован в некоторой степени посредством первого контура трубопровода от тепла, генерируемого третьей текучей средой.

В варианте воплощения, в котором третья текучая среда представляет собой газы сгорания и второй контур трубопровода соединяется с естественным источником тепла, таким как тепловой насос или солнечный коллектор, в результате возможно предотвратить расход тепловой энергии, извлекаемой из третьей текучей среды. Предлагаемая схема размещения контуров трубопровода тем самым увеличивает энергетическую эффективность теплообменника.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения теплообменник дополнительно содержит третий контур трубопровода для направления четвертой текучей среды, который также размещается в теплопроводящем материале теплообменника.

Благодаря добавлению третьего контура трубопровода теплообмен может происходить между четырьмя текучими средами. Обычный комбинированный котел уже обеспечивает возможность нагрева и воды центрального отопления и водопроводной воды, и маловероятно, что будет необходимость работать с дополнительным типом потребителя горячей воды. Единственной целью того, что теплообменник согласно изобретению тем не менее оснащается третьим контуром трубопровода для направления четвертой текучей среды, является обеспечение возможности присоединения второго источника тепла, такого как тепловой насос или солнечный коллектор, к теплообменнику.

Также следует отметить, что теплообменник согласно изобретению, если это требуется, может иметь другие контуры трубопровода, выполненные с возможностью присоединения к нему другого источника тепла. Таким образом, устройство согласно другому предпочтительному варианту воплощения содержит четвертый контур трубопровода для направления пятой текучей среды, который также размещается в теплопроводящем материале теплообменника. Благодаря тому, что устройство здесь имеет четвертый контур трубопровода, одновременно могут быть присоединены два дополнительных источника тепла, например рассмотренные выше тепловой насос и солнечный коллектор.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения третий контур трубопровода располагается между первой стороной теплопроводящего материала, которая имеет ребра, и вторым контуром трубопровода и/или четвертым контуром трубопровода. Третий контур трубопровода, который предназначен для соединения с потребителем воды водонагревателя, имеет преимущество, как и первый контур трубопровода, в том, что его нагрев может осуществляться индивидуально, или если требуется совместно, с помощью двух или даже трех различных источников тепла.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения первый контур трубопровода и третий контур трубопровода располагаются по существу в одной плоскости и образуют переплетающийся рисунок.

При этой конструкции и первый контур трубопровода и третий контур трубопровода, которые оба предназначены для соединения с потребителем горячей воды в водонагревателе, находятся в оптимальном теплообменном контакте с источниками тепла этого одного водонагревателя, соответственно с третьей текучей средой, текущей вдоль ребер, и со второй текучей средой, текущей через второй контур трубопровода. Дополнительно, первый контур трубопровода и третий контур трубопровода вместе экранируют от ребер второй контур трубопровода и/или четвертый контур трубопровода, которые могут быть предназначены, например, для теплового насоса. В этой конструкции энергетическая эффективность дополнительно улучшается, с одной стороны благодаря экранированию, и с другой стороны здесь обеспечивается лучшая передача тепла от соответственно второй и третьей текучей среды к первой и четвертой текучим средам.

Два потребителя горячей воды могут получить пользу от подобной передачи тепла, когда, согласно другому предпочтительному варианту воплощения, внутри теплопроводящего материала длина третьего контура трубопровода по существу такая же, что и длина первого контура трубопровода.

Однако также возможно предусмотреть различие в мощности потребителей горячей воды, если это требуется. Например, как результат лучшей изоляции зданий, имеется тенденция к тому, что мощность, требуемая для потребителя воды центрального отопления, уменьшается, при этом потребление горячей водопроводной воды наоборот увеличивается, из-за того, что для комфорта и по другим причинам требуются все более и более крупный душ и соответствующее более высокое давление воды. Чтобы учесть это различие в требуемой мощности потребления горячей воды, согласно альтернативному варианту воплощения внутри теплопроводящего материала длина третьего контура трубопровода больше, чем длина второго контура трубопровода и/или длина четвертого контура трубопровода, и длина второго контура трубопровода и/или четвертого контура трубопровода отличается по меньшей мере на 10% от длины первого контура трубопровода.

Следует отметить, что самый длинный контур трубопровода соединяется с потребителем воды, для которого требуется наибольшая мощность. Если в случае упомянутой выше тенденции необходимость в горячей водопроводной воде больше, чем в горячей воде центрального отопления, самый длинный контур трубопровода присоединяется к контуру водопроводной воды.

Изобретение дополнительно относится к нагревательному устройству, содержащему:

- корпус с теплообменником согласно приведенному выше описанию;

- первый источник тепла, размещенный в корпусе и содержащий по меньшей мере одну горелку, причем горелка располагается рядом с первой стороной теплопроводящего материала, имеющей ребра, и газы сгорания по меньшей мере одной горелки образуют третью текучую среду, которая течет во время работы от стороны горелки через ребра и вдоль первой стороны теплопроводящего материала к стороне выпуска корпуса, и передача тепла может происходить здесь между третьей текучей средой и теплопроводящим материалом;

- в котором первый контур трубопровода, размещенный в теплопроводящем материале для направления первой текучей среды, имеет первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие; и

- в котором второй контур трубопровода, размещенный в теплопроводящем материале для направления второй текучей среды, имеет второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие.

Ребра продолжаются от первой стороны, которая располагается рядом с одной или более горелками, когда теплообменник установлен в водонагревателе, в продольном направлении вдоль первой стороны теплопроводящего материала и в направлении стороны выпуска газов сгорания водонагревателя.

Согласно предпочтительному варианту воплощения нагревательного устройства, второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие второго контура трубопровода располагаются рядом со стороной выпуска корпуса, противоположной стороне горелки, и второй контур трубопровода продолжается от них на расстоянии от одной или более горелок таким образом, что на вторую текучую среду, текущую через второй контур трубопровода, по существу не влияет тепло, генерируемое одной или более горелками.

Эта конструкция обеспечивает, что второй контур трубопровода продолжается только в относительно холодной части теплообменника. Это предотвращает нагрев одной или более газовыми горелками второго контура трубопровода, который может быть предназначен для соединения с тепловым насосом, и второй текучей среды, находящейся в нем во время работы.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения нагревательное устройство дополнительно содержит четвертый контур трубопровода, размещенный в теплопроводящем материале для направления пятой текучей среды, который имеет четвертое впускное отверстие и четвертое выпускное отверстие. Два дополнительных источника тепла, такие как тепловой насос и солнечный коллектор, тем самым могут быть присоединены к нагревательному устройству дополнительно к газовой горелке.

Согласно еще одному предпочтительному варианту воплощения нагревательного устройства, четвертое впускное отверстие и четвертое выпускное отверстие четвертного контура трубопровода располагаются рядом со стороной выпуска корпуса, противоположной стороне горелки, и четвертый контур трубопровода продолжается от них на расстоянии от одной или более горелок таким образом, что на пятую текучую среду, текущую через четвертый контур трубопровода, по существу не влияет тепло, генерируемое одной или более горелками.

Изобретение дополнительно относится к нагревательной системе, содержащей:

- нагревательное устройство согласно описанному выше;

- в которой первый контур трубопровода соединяется через первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие с потребителем горячей воды; и

- в которой второй контур трубопровода соединяется через второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие с источником тепла.

Согласно предпочтительному варианту воплощения нагревательной системы, потребитель горячей воды, соединенный с первым контуром трубопровода, представляет собой потребителя воды центрального отопления или потребителя водопроводной воды.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения источник тепла, соединенный со вторым контуром трубопровода, содержит солнечный коллектор или тепловой насос, в частности воздушный тепловой насос или грунтовый тепловой насос.

За счет обеспечения нагревательного устройства вторым источником тепла в виде теплового насоса, естественный и неисчерпаемый источник энергии может использоваться для нагрева или предварительного нагрева воды центрального отопления и/или водопроводной воды. Дополнительная экономия энергии осуществляется экологически безопасным способом путем использования тепла окружающего воздуха или тепла грунта. Кроме того, тепло, генерируемое тепловым насосом, не создает выбросов CO₂.

Согласно еще одному предпочтительному варианту воплощения теплообменник дополнительно содержит третий контур трубопровода для направления четвертой текучей среды, который также размещается в теплопроводящем материале теплообменника, причем третий контур трубопровода имеет третье впускное отверстие и третье выпускное отверстие, с помощью которых он соединяется с потребителем горячей воды.

Так как согласно этим мерам нагревательная система имеет возможность соединения одновременно с двумя потребителями горячей воды, и с потребителем воды центрального отопления и с потребителем водопроводной воды, второй источник тепла может быть добавлен к обычному комбинированному бойлеру. Нагревательное устройство, таким образом, может использовать один источник тепла, выбранный из доступных источников тепла, или, если требуется, оба источника тепла одновременно, для теплообмена между различными текучими средами.

Согласно еще одному предпочтительному варианту воплощения потребители горячей воды, соединенные с первым контуром трубопровода и вторым контуром трубопровода, содержат потребителя воды центрального отопления и потребителя водопроводной воды.

Потребитель воды центрального отопления может быть соединен с первым контуром трубопровода, а потребитель водопроводной воды со вторым контуром трубопровода, или наоборот. Если два контура имеют различные длину и/или расход текучей среды, потребитель воды, для которого требуется самая большая мощность, соединяется с контуром с самой большой длиной и/или самым высоким расходом текучей среды.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения нагревательной системы, теплообменник дополнительно содержит четвертый контур трубопровода для направления пятой текучей среды, который также размещается в теплопроводящем материале теплообменника, причем четвертый контур трубопровода имеет четвертое впускное отверстие и четвертое выпускное отверстие, с помощью которых он соединяется с источником тепла.

Согласно еще одному предпочтительному варианту воплощения нагревательной системы, источник тепла, соединенный с четвертым контуром трубопровода, содержит тепловой насос или солнечный коллектор.

И наконец, изобретение относится к способу нагрева воды для потребителя воды с использованием нагревательной системы, описанной выше, включающему в себя этапы:

- перекачивания второй текучей среды, нагретой источником тепла, через второй контур трубопровода, размещенный в куске теплопроводящего материала; и

- передачи тепла через теплопроводящий материал от второй текучей среды к первому контуру трубопровода, который располагается рядом со вторым контуром трубопровода и в теплообменном контакте с ним и который соединяется с потребителем горячей воды.

Используется естественный и неисчерпаемый источник энергии путем обеспечения нагревательного устройства вторым источником тепла в виде теплового насоса или солнечного коллектора.

Согласно предпочтительному варианту воплощения способ дополнительно включает в себя этап передачи тепла через теплопроводящий материал к третьему контуру трубопровода, который также размещается в теплопроводящем материале рядом со вторым контуром трубопровода и к которому присоединяется другой потребитель горячей воды.

Согласно другому предпочтительному варианту воплощения способ дополнительно включает в себя этап нагрева теплопроводящего материала с помощью по меньшей мере одной горелки, чтобы нагревать первую текучую среду, текущую через первый контур трубопровода и/или четвертую текучую среду, текущую через третий контур трубопровода.

Вначале вода, подлежащая нагреву, может быть предварительно нагрета, используя тепловой насос, после чего она течет мимо горелки, которая дополнительно нагревает воду до требуемой температуры воды. Горелка для этого может включаться на несколько секунд импульсным образом так, чтобы передать дополнительную порцию тепла воде, уже предварительно нагретой с помощью теплового насоса.

Предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения будут дополнительно пояснены в последующем описании со ссылкой на чертежи.

Фиг. 1 – схематический вид, иллюстрирующий нагревательную систему согласно изобретению.

Фиг. 2 – внутренний вид в перспективе нагревательного устройства согласно первому варианту воплощения изобретения.

Фиг. 3 – схематический вид нагревательного устройства, показанного на фиг. 2.

Фиг. 4 – вид в поперечном разрезе нагревательного устройства, показанного на фиг. 2 и фиг. 3.

Фиг. 5 – внутренний вид в перспективе нагревательного устройства согласно второму варианту воплощения изобретения.

Фиг. 6 и фиг. 7 – виды сбоку нагревательного устройства, показанного на фиг. 5.

Фиг. 8 и фиг. 9 – виды в перспективе контуров трубопровода для варианта воплощения, показанного на фиг. 5.

Фиг. 10 – вид сбоку другого предпочтительного варианта воплощения, имеющего четвертый контур трубопровода.

Нагревательная система 70 согласно изобретению установлена в здании 80, показанном на фиг. 1. Нагревательная система 70 соединена с тепловым насосом 72 и солнечным коллектором 74, которые выполняют функцию экологически безопасных источников тепла для нагрева воды, которая затем может использоваться потребителями горячей воды, такими как система центрального отопления с отопительным радиатором 82, и душ 84 и ванна 86. Солнечный коллектор 74 предпочтительно имеет буферный резервуар 76.

Следует отметить, что тепловой насос 72 и солнечный коллектор 74 могут использоваться отдельно друг от друга или в их комбинации в качестве источника тепла.

Основную часть нагревательной системы 70 образует нагревательное устройство 50, которое содержит теплообменник 1, размещенный в корпусе 52. Теплообменник 1 может нагреваться с помощью одной или более газовых горелок 54. Вентилятор 58 втягивает подготовленную в газовом блоке 62 газовую смесь через трубку 60 для газовой смеси. Газовый блок 62 получает газ через трубку 64 для подачи газа. Средство 56 подачи воздуха обеспечено на верхней стороне корпуса 52 (фиг. 2).

Теплопроводящий материал 2 теплообменника 1 показан на чертеже прозрачным, в результате чего здесь видны контуры 28 и 38 трубопровода.

В варианте воплощения, показанном на фиг. 3, имеется только один контур трубопровода, который соединяется с потребителем горячей воды, а именно, третий контур 38 трубопровода в иллюстрируемом варианте воплощения, который предназначен для горячей водопроводной воды и содержит третье впускное отверстие 40, через которое относительно холодная водопроводная вода входит в теплообменник 1, и третье выпускное отверстие 42, через которое водопроводная вода, нагретая в теплообменнике 1, выходит из теплообменника 1.

Следует отметить, что хотя на фиг. 3 показан водонагреватель, который подает только горячую водопроводную воду, водонагреватель 50, который подает только горячую воду центрального отопления, также может быть собран подобным образом. В этом описании третий контур 38 трубопровода является контуром для водопроводной воды, а первый контур 18 трубопровода является контуром для воды центрального отопления. Следует отметить, что специалистам в этой области техники будет очевидно, что в пределах идеи изобретения возможно поменять местами эти типы горячей воды, т.е. третий контур 38 трубопровода и первый контур 18 трубопровода являются полностью взаимозаменяемыми.

Также в варианте воплощения на фиг. 3 обеспечивается второй контур 28 трубопровода, через который течет горячая вода, подаваемая тепловым насосом 72. Эта горячая вода входит в теплообменник 1 через второе впускное отверстие 30. Находясь внутри теплообменника 1, эта горячая вода передает тепло через второй контур 28 трубопровода к теплопроводящему материалу 2, который проводит тепло к контуру трубопровода для потребителя 82, 84, 86 горячей воды. В иллюстрируемом варианте воплощения тепло, поступающее от второй текучей среды F2, текущей через второй контур 28 трубопровода, передается к четвертой текучей среде, т.е. водопроводной воде, текущей через третий контур 38 трубопровода.

На виде сбоку на фиг. 4 показано в поперечном разрезе, что третий контур 38 трубопровода, через который течет вода для потребителя воды, в этом случае водопроводная вода, располагается между вторым контуром 28 трубопровода и первой стороной 4 теплопроводящего материала 2 теплообменника 1.

Первая сторона 4 теплообменника 1, нагреваемая третьей текучей средой F3, поступающей от газовых горелок 54, и второй контур 28 трубопровода - оба располагаются рядом с третьим контуром 38 трубопровода благодаря этому промежуточному расположению третьего контура 38 трубопровода. Тем самым они оба, индивидуально или вместе, могут выполнять функцию источника тепла для нагрева четвертой текучей среды F4, текущей через третий контур 38 трубопровода.

Промежуточное расположение третьего контура 38 трубопровода имеет дополнительное преимущество в том, что второй контур 28 трубопровода экранирован посредством третьего контура 38 трубопровода от первой стороны 4 теплообменника 1, нагреваемого третьей текучей средой F3.

Первая сторона 4 теплообменника 1 имеет поперечные ребра 10 и продольные ребра 12, которые направляют горячие газы сгорания, поступающие от горелок 54 и образующие третью текучую среду F3, вдоль первой стороны 4 таким образом, что обеспечивается оптимальная передача тепла от третьей текучей среды F3 к теплопроводящему материалу 2 теплообменника 1. Газы F3 сгорания текут здесь от стороны 6 горелки первой стороны 4 к стороне 8 выпуска первой стороны 4. Выпускное отверстие 66 для газов сгорания обеспечено рядом со стороной 8 выпуска.

На фиг. 5 показан особенно предпочтительный вариант воплощения, в котором обеспечены два контура 18, 38 трубопровода, соединенные с потребителями воды. Работа варианта воплощения, показанного на фиг. 5-9, подобна уже описанному варианту воплощения, но будет дополнительно расширена. Таким образом получают комбинированный котел, который может иметь преимущество добавления дополнительного источника тепла, предпочтительно в виде экологически безопасного теплового насоса.

Дополнительно к уже описанному третьему контуру 38 трубопровода для водопроводной воды, здесь также обеспечен первый контур 18 трубопровода, через который течет первая текучая среда F1. Первая текучая среда F1 представляет собой воду центрального отопления, которая входит в теплообменник 1 через первое впускное отверстие 20 и после нагрева выходит через первое выпускное отверстие 22.

На фиг. 6 и фиг. 7 показано, что два контура 18, 38 трубопровода, соединенные с потребителями воды, располагаются по существу в одной плоскости 44. С одной стороны, таким образом они находятся в хорошем теплообменном контакте с двумя источниками тепла, первой стороной 4 теплообменника 1, нагреваемой горячей текучей средой F3, и вторым контуром 28 трубопровода. С другой стороны, они также экранируют второй контур 28 трубопровода от нежелательного нагрева.

Для обоих показанных вариантов воплощения здесь контуры 18, 28, 38 трубопровода располагаются максимально возможно близко друг к другу, и второй контур 28 трубопровода существенно короче, чем контуры 18, 38 трубопровода, которые контактируют с потребителями горячей воды.

Так как второй контур 28 трубопровода существенно короче, чем контуры 18, 38 трубопровода (фиг. 8 и фиг. 9) и продолжается по существу только вдоль ограниченной части плоскости, образованной первым контуром 18 трубопровода и/или третьим контуром 38 трубопровода (фиг. 4, 7 и 8), нежелательный нагрев одного источника тепла посредством другого источника тепла предотвращается или в значительной степени уменьшается. Тем самым возможно использовать два источника тепла с различными мощностями без нагрева более сильным источником тепла более слабого источника тепла и потерь в результате тепловой энергии. Также предотвращается то, что текучая среда F2, F5, связанная с более слабым источником тепла, который может быть временно выключен, начнет кипеть или будет нагреваться таким образом, что будет происходить химическое разложение.

На фиг. 4, 7 и 9 показано, насколько далеко разные контуры 18, 28, 38 трубопровода продолжаются внутрь теплопроводящего материала 2 теплообменника 1. Первый контур 18 трубопровода продолжается на высоту Н1, а второй контур 28 трубопровода и третий контур 38 трубопровода продолжаются на высоту соответственно Н2 и Н3. Можно ясно увидеть, что высота Н2 меньше, чем высота Н1, т.е. Н2<Н1. Также здесь Н2<Н3.

Предпочтительно дополнительно используется отношение Н2<0,8×Н1, и еще более предпочтительно Н2<0,7×Н1. Соблюдение этого отношения гарантирует, что второй контур 28 трубопровода, когда он размещается в нагревательном устройстве 50, располагается достаточно далеко от горелки 54, выполняющей функцию источника тепла.

Как показано на фиг. 4, 7 и 10, теплообменник 1 имеет поперечные ребра 10 и продольные ребра 12. Продольные ребра 12 имеют переменную высоту: в месте расположения горелки 54 они имеют относительно ограниченную высоту, и эта высота увеличивается при удалении от горелки 54. Высота продольных ребер 12 сконфигурирована таким образом, что максимально доступная рабочая температура достигается по существу во всей верхней части теплообменника 1. Измеренная в плоскости 44 первого контура 18 трубопровода и третьего контура 38 трубопровода, эта температура типично составляет около 120°С.

Следует отметить, что высота Н2, на которую второй контур 28 трубопровода продолжается внутрь теплопроводящего материала 2 теплообменника 1, находится в другом предпочтительном варианте воплощения по существу в пределах диапазона, на котором продольные ребра 12 теплообменника 1 имеют их максимальную высоту.

Вид сбоку на фиг. 10 показывает в поперечном разрезе вид, очень похожий на фиг. 7, но здесь в теплопроводящем материале 2 теплообменника 1 также еще размещается четвертый контур 48 трубопровода для направления пятой текучей среды F5. Так как теплообменник 1 на фиг. 10 содержит и второй контур 28 трубопровода и четвертый контур 48 трубопровода, теплообменник 1 возможно соединить с двумя различными источниками тепла, например тепловым насосом 72 и солнечным коллектором 74, или двумя тепловыми насосами различных типов, такими как воздушный тепловой насос и грунтовый тепловой насос. Высота, на которую четвертый контур трубопровода продолжается внутрь теплопроводящего материала 2 теплообменника 1, по существу соответствует высоте Н2 второго контура 28 трубопровода.

Хотя здесь были показаны предпочтительные варианты воплощения изобретения, описанные выше варианты воплощения предназначены только иллюстрировать настоящее изобретение, и не ограничивают каким-либо образом описание изобретения. Если меры в формуле изобретения сопровождаются ссылочными позициями, эти ссылочные позиции служат только для содействия пониманию формулы изобретения, но не ограничивают каким-либо образом объем правовой охраны изобретения. Особенно следует отметить, что специалисты в этой области техники могут комбинировать технические меры различных вариантов воплощения. Описанные права определены в прилагаемой формуле изобретения, в пределах объема которой возможны множество модификаций.

Изобретение относится к теплообменнику, содержащему первый контур трубопровода для направления первой текучей среды, второй контур трубопровода для направления второй текучей среды, причем первый контур трубопровода и второй контур трубопровода оба размещены в теплопроводящем материале, имеющем на первой стороне ребра, и первый контур трубопровода по существу образует плоскость, расположенную по существу параллельно и рядом с первой стороной теплопроводящего материала, а второй контур трубопровода располагается по существу вдоль первого контура трубопровода, и второй контур трубопровода проходит по существу вдоль только ограниченной части плоскости, образованной первым контуром трубопровода. Изобретение дополнительно относится к водонагревательному устройству и водонагревательной системе, имеющим этот теплообменник, и к способу их применения. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Теплообменник для нагревательного устройства, в частности для водонагревателя, содержащий:

- первый контур трубопровода для направления первой текучей среды;

- второй контур трубопровода для направления второй текучей среды;

- причем первый контур трубопровода и второй контур трубопровода оба размещены в теплопроводящем материале;

- при этом теплопроводящий материал имеет на первой стороне ребра для передачи тепла между третьей текучей средой и по меньшей мере первым контуром трубопровода;

- первый контур трубопровода по существу образует плоскость, расположенную по существу параллельно первой стороне теплопроводящего материала и рядом с ней; а

- второй контур трубопровода расположен по существу вдоль первого контура трубопровода;

отличающийся тем, что второй контур трубопровода проходит по существу вдоль только ограниченной части плоскости, образованной первым контуром трубопровода.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что второй контур трубопровода по меньшей мере на 20% короче, чем первый контур трубопровода.

3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что первый контур трубопровода расположен между вторым контуром трубопровода и первой стороной теплопроводящего материала, причем эта первая сторона имеет ребра.

4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит третий контур трубопровода для направления четвертой текучей среды, который также размещается в теплопроводящем материале теплообменника.

5. Теплообменник по п. 4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит четвертый контур трубопровода для направления пятой текучей среды, который также размещен в теплопроводящем материале теплообменника.

6. Теплообменник по п. 4, отличающийся тем, что третий контур трубопровода расположен между первой стороной теплопроводящего материала, которая имеет ребра, и вторым контуром трубопровода и/или четвертым контуром трубопровода.

7. Теплообменник по п. 6, отличающийся тем, что первый контур теплообменника и третий контур теплообменника расположены по существу в одной плоскости и образуют переплетающийся рисунок.

8. Теплообменник по любому из пп. 3-7, отличающийся тем, что внутри теплопроводящего материала длина третьего контура трубопровода по существу такая же, что и длина первого контура трубопровода.

9. Теплообменник по любому из пп. 3-7, отличающийся тем, что внутри теплопроводящего материала длина третьего контура трубопровода больше, чем длина второго контура трубопровода и/или длина четвертого контура трубопровода, причем длина второго контура трубопровода и/или четвертого контура трубопровода отличается на по меньшей мере 10% от длины первого контура трубопровода.

10. Нагревательное устройство, содержащее:

- корпус с теплообменником по любому из пп. 1-9;

- первый источник тепла, размещенный в корпусе и содержащий по меньшей мере одну горелку, причем горелка расположена рядом с первой стороной теплопроводящего материала, имеющей ребра, и газы горения по меньшей мере одной горелки образуют третью текучую среду, которая течет во время работы от стороны горелки через ребра и вдоль первой стороны теплопроводящего материала к стороне выпуска корпуса, и передача тепла может происходить здесь между третьей текучей средой и теплопроводящим материалом;

при этом

- первый контур трубопровода, размещенный в теплопроводящем материале для направления первой текучей среды, имеет первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие; и

- второй контур трубопровода, размещенный в теплопроводящем материале для направления второй текучей среды, имеет второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие.

11. Нагревательное устройство по п. 10, в котором второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие второго контура трубопровода располагаются рядом со стороной выпуска корпуса, противоположной стороне горелки, причем второй контур трубопровода проходит от них на расстоянии от одной или более горелок таким образом, что на вторую текучую среду, текущую по второму контуру трубопровода, по существу не влияет тепло, генерируемое одной или более горелками.

12. Нагревательное устройство по п. 10, дополнительно содержащее четвертый контур трубопровода, размещенный в теплопроводящем материале для направления пятой текучей среды, который имеет четвертое впускное отверстие и четвертое выпускное отверстие.

13. Нагревательное устройство по п. 12, в котором четвертое впускное отверстие и четвертое выпускное отверстие четвертного контура трубопровода располагаются рядом со стороной выпуска корпуса, противоположной стороне горелки, и в котором четвертый контур трубопровода продолжается от них на расстоянии от одной или более горелок таким образом, что на пятую текучую среду, текущую через четвертый контур трубопровода, по существу не влияет тепло, генерируемое одной или более горелками.

14. Нагревательная система, содержащая:

- нагревательное устройство по любому из пп. 10-13;

- при этом первый контур трубопровода соединяется через первое впускное отверстие и первое выпускное отверстие с потребителем горячей воды; и

- второй контур трубопровода соединяется через второе впускное отверстие и второе выпускное отверстие с источником тепла.

15. Нагревательная система по п. 14, в которой потребитель горячей воды, соединенный с первым контуром трубопровода, является потребителем воды центрального отопления или потребителя водопроводной воды.

16. Нагревательная система по п. 14 или 15, в которой источник тепла, соединенный со вторым контуром трубопровода, содержит тепловой насос, в частности воздушный тепловой насос или грунтовый тепловой насос, или солнечный коллектор.

17. Нагревательная система по п. 14, в которой теплообменник дополнительно содержит третий контур трубопровода для направления четвертой текучей среды, который также размещается в теплопроводящем материале теплообменника, причем третий контур теплообменника имеет третье впускное отверстие и третье выпускное отверстие, через которые он соединяется с потребителем горячей воды.

18. Нагревательная система по п. 17, в которой потребители горячей воды, соединенные с первым контуром трубопровода и вторым контуром трубопровода, являются потребителями воды центрального отопления и потребителями водопроводной воды.

19. Нагревательная система по п. 17 или 18, в которой теплообменник дополнительно содержит четвертый контур трубопровода для направления пятой текучей среды, который также размещен в теплопроводящем материале теплообменника, причем четвертый контур теплообменника имеет четвертое впускное отверстие и четвертое выпускное отверстие, через которые он соединен с источником тепла.

20. Нагревательная система по п. 19, в которой источник тепла, соединенный с четвертым контуром трубопровода, содержит тепловой насос или солнечный коллектор.

21. Способ нагрева воды для потребителя воды с использованием нагревательной системы по любому из пп. 14-20, согласно которому:

- перекачивают вторую текучую среду, нагретую источником тепла, по второму контуру трубопровода, размещенному в куске теплопроводящего материала; и

- передают тепло через теплопроводящий материал от второй текучей среды к первому контуру трубопровода, который расположен рядом со вторым контуром трубопровода и в теплообменном контакте с ним и который соединяется с потребителем горячей воды.

22. Способ по п. 21, согласно которому дополнительно передают тепло через теплопроводящий материал к третьему контуру трубопровода, который подобным образом размещен в теплопроводящем материале рядом со вторым контуром трубопровода и который соединен с другим потребителем горячей воды.

23. Способ по п. 21 или 22, согласно которому дополнительно нагревают теплопроводящий материал с помощью по меньшей мере одной горелки, чтобы нагревать первую текучую среду, текущую по первому контуру трубопровода, и/или четвертую текучую среду, текущую по третьему контуру трубопровода.