Нагревательное устройство
Изобретение относится к устройству для нагрева воды, содержащему нагревательный блок и теплообменник, соединенный с ним, которые помещены в изоляционный материал, причем изоляционный материал содержит упакованный в вакууме материал сердечника. В нагревательном устройстве нагревательный блок и теплообменник помещены в кожух с несколькими стенками, в котором упакованный в вакууме материал сердечника помещается между одной из стенок и нагревательным блоком и/или теплообменником. 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройству для нагревания текущей среды, такой как вода, содержащему нагревательный блок и соединенный с ним теплообменник, которые по меньшей мере частично помещены в изолирующий материал. Такое нагревательное устройство в общем известно, например, в форме котла центрального отопления. Такой котел центрального отопления предлагается заявителем в различных вариантах под наименованиями Kompakt HRE и Frestige HR.
В котле центрального отопления воду нагревают и затем передают по каналам в радиаторы, находящиеся в определенном пространстве, для нагрева этого пространства. Нагревательный блок обычно содержит газовую горелку, предназначенную для нагревания воды. В так называемом комбинированном котле в дополнение к воде для обогрева нагревается также водопроводная вода. Здесь используется теплообменник так, что тепло газовой горелки может передаваться через одну среду к другой среде без того, чтобы потоки жидкости входили в непосредственный контакт друг с другом.
Под «нагревательным устройством» в настоящем изобретении подразумевается любое приспособление, пригодное для нагревания среды, которая используется для обогрева пространства, или пригодное для обогрева водопроводной воды. В дополнение к котлам центрального отопления – и комбинированным котлам, и одиночным котлам – это понимается также как обозначение водообогревателей для водопроводной воды. Нагревательные устройства описанного выше типа должны соответствовать все более высоким стандартам в отношении эффективности, которая должна быть достигнута ими. Это связано с желанием сооружать здания, и в особенности жилые здания, обладающие все более высокой энергетической эффективностью. Для оценки энергетической эффективности здания применяется индекс, так называемый Коэффициент энергоэффективности (EPC). Для этого ЕРС установлено максимальное значение, которое непрерывно снижается. Начиная с 2006 г., максимальное значение ЕРС, применяемое к жилым зданиям в Нидерландах, равнялось 0,8, но после 2011 г. оно может составлять только 0,6. Ожидается, что после 2015 г. нормативное значение ЕРС будет установлено равным 0,4. Коэффициент энергоэффективности жилого здания вычисляется на основании потребления энергии, связанного с использованием здания. Понятно, что это означает энергию, необходимую для нагревания или охлаждения помещения, для нагревания водопроводной воды и для освещения. Эффективность нагревательного котла поэтому имеет большое значение для уровня Коэффициента энергоэффективности, в особенности в случае применения комбинированного котла.
Потребление энергии в течение 24-часового цикла использования учитывается с целью расчета ЕРС. Потери при простоях становятся при этом важным фактором для нагревательного котла.
Теперь целью изобретения является предложение нагревательного устройства описанного выше типа, обладающего высокой энергетической эффективностью и поэтому имеющего благоприятное воздействие на ЕРС здания, в котором оно применяется.
Это достигается согласно изобретению с таким нагревательным устройством, в котором изоляционный материал содержит упакованный в вакууме материал сердечника. Такой упакованный в вакууме материал сердечника имеет коэффициент теплопроводности, который значительно ниже, чему у обычных изоляционных материалов и составляет не больше чем 0,005 Вт/мK. Поэтому для получения такой же изоляции требуется гораздо более тонкий слой материала. Толщина упакованного в вакууме материала сердечника должна на практике составлять только одну восьмую от толщины слоя обычного изоляционного материала с теми же изоляционными свойствами. Упакованный в вакууме материал сердечника, использующийся как изоляционные материал, может таким образом быть гораздо легче, чем обычные изоляционные материалы, причем он также легче поддается обработке. Упакованный в вакууме материал сердечника, кроме того, не содержит волокон в отличие от многих обычных изоляционных материалов. Это имеет важное значение с учетом законодательства, направленного на охрану труда.
Если нагревательный блок и теплообменник помещены в кожух с несколькими стенками, упакованный в вакууме материал сердечника предпочтительно размещается между по меньшей мере одной из стенок и нагревательным блоком и/или теплообменником.
Простой в конструкционном отношении вариант реализации нагревательного устройства согласно изобретению, даже, когда упакованный в вакууме материал сердечника выполнен в форме панели, и такая вакуумная панель размещается вдоль по меньшей мере одной из стенок.
Вакуумная панель предпочтительно размещается вдоль по существу замкнутой стенки кожуха. При этом нет необходимости пробивать панель для пропуска каналов и тому подобного, поскольку она может быть изготовлена относительно простым образом в качестве единого изделия.
Для того чтобы предотвратить перегрев упакованного в вакууме материала сердечника, рекомендуется располагать этот материал на определенном расстоянии от нагревательного блока и/или теплообменника.
Этого можно добиться простым в конструкционном отношении способом, когда нагревательное устройство снабжается по меньшей мере одной распоркой, помещенной между нагревательным блоком и/или теплообменником с одной стороны и по меньшей мере одной вакуумной панелью с другой.
Когда по меньшей мере одна вакуумная панель содержит отражательную пленку, вмещающую материал сердечника, рекомендуется, чтобы по меньшей мере одна распорка была по существу проницаемой для излучения. Тепловое излучение, отходящее от нагревательного блока и/или теплообменника, может затем отражаться пленкой без формирования распоркой препятствия.
Этот эффект может быть достигнут простыми средствами, когда по меньшей мере одна распорка содержит пластину с рядом отверстий.
С другой стороны, можно также представить себе нагревательный блок и/или теплообменник, закрепленные болтами на стенке кожуха, и по меньшей мере одну распорку, содержащую втулку или кольцо, расположенные вокруг по меньшей мере одного из болтов. Нужное расстояние между нагревательным блоком/теплообменником и вакуумной панелью, также обеспечивается простым образом.
Теперь изобретение будет разъяснено на основании двух вариантов реализации, в которых сделана ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан перспективный вид с разделенными частями детали нагревательного устройства согласно первому варианту реализации изобретения;
на фиг. 2 показан поперечный разрез вакуумной панели по линии II-II на фиг. 1;
на фиг. 3 показан вид, соответствующий фиг. 1, альтернативного варианта реализации нагревательного устройства согласно изобретению.
На фиг. 1 показана часть кожуха 1 нагревательного устройства согласно изобретению, который состоит из задней стенки 2 и двух боковых стенок 3. Вместе с передней стенкой, верхней стенкой и нижней стенкой (которые здесь не показаны) образуется замкнутая камера, в которую помещаются компоненты нагревательного устройства. Здесь для наглядности показан только теплообменник 11, хотя нагревательный блок, управляющий узел и все требующиеся каналы, конечно, также помещаются в камере.
Согласно изобретению изоляционная панель 4 размещается против задней стенки 2 для того, чтобы повысить энергетическую эффективность нагревательного устройства. Эта изоляционная панель 4 содержит материал сердечника 12, заключенный в пленку 13, которая соединяется швом 14 для образования газо- и водонепроницаемой упаковки. В объеме этой упаковки создается вакуум, за счет чего значительно уменьшается теплопроводность материала сердечника и таким образом сильно повышается его изолирующее действие. Материал сердечника 12 может иначе быть образован прессованным порошком, состоящим по существу из микропористой кремниевой кислоты. Могут также присутствовать укрывающие средства с целью минимизации инфракрасного излучения, а также волокна целлюлозы для улучшения механической стабильности. В показанном варианте реализации пластиковая пленка 13 является отражательной пленкой. Поскольку упакованный в вакууме материал сердечника 12 обеспечивает такую хорошую изоляцию, панель 4 может иметь небольшую толщину в размере максимум несколько десятков миллиметров. На практике может быть достаточной панель толщиной около сантиметра.
Для того чтобы предотвратить повреждение изоляционной вакуумной панели в результате перегрева, в показанном варианте реализации распорка 5 помещается между теплообменником 11 и панелью 4. Эта распорка 5 принимает форму пластины 6, в которой выполнены несколько относительно больших отверстий 7, так что распорка не создает препятствий излучению тепла, отходящего от теплообменника 11, и отражается отражательной пленкой 13 панели 4. Пластина 6, образующая распорку 5, может иметь значительно большую толщину, чем вакуумная панель 4; толщина пластины 6 может в три-восемь раз превышать толщину панели 4. В показанном варианте реализации распорка 5 приблизительно в пять раз толще панели 4.
Теплообменник 11 прикреплен к задней стенке 2 с помощью болтов 9, которые размещаются на задней стенке и которые проходят сквозь проушины 10 по краю теплообменника 11. Отверстия 8, через которые пропускаются болты 9, формируются также в распорке 5. Для того чтобы предотвратить формирование отверстий в вакуумной панели 4, что может сильно затруднить изготовление панели, размеры вакуумной панели 4 подбирают так, чтобы она помещалась между болтами 9. Панель 4 просто помещают между стенкой 2 и распоркой 5, так что для ее закрепления не требуется никаких специальных приспособлений.
Вместо показанной пластинчатой распорки 5 с большими отверстиями 7 может быть также применен другой тип распорки. На фиг.3 распорки образуются простыми втулками 15 вокруг болтов 9, которыми теплообменник 11 крепится к задней стенке 2. Специальные приспособления в действительности требуются здесь для фиксации вакуумной панели 4 к задней стенке 2. Как можно видеть на фигуре, это может быть реализовано, например, путем нанесения адгезивного слоя 16 между панелью 4 и стенкой 2. Можно также предположить использование для целей крепления специальных зажимных скоб 17. Важно отметить, что при таком креплении пленка 13 не прошивается, поскольку при этом изоляционная способность вакуумной панели 4 может значительно уменьшиться.
Применение изоляционного материала на основе упакованного в вакууме материала сердечника позволяет уменьшить потери нагревательного устройства, в особенности тогда, когда оно не работает. Коэффициент энергоэффективности здания, в котором применяется нагревательное устройство, может быть таким образом снижен. Кроме того, комфортность таким образом повышается, поскольку нагревательное устройство более легко сохраняет температуру при простоях и может таким образом быстрее доводить воду до нужной температуры после включения.
Хотя изобретение описано выше на основании одного варианта реализации, оно не ограничивается этим вариантом. Упакованный в вакууме материал сердечника может быть таким образом применен в других местах нагревательного устройства. Возможно предусмотреть для этого боковые стенки, верхнюю и нижнюю стенку и части передней стенки кожуха. Единственное практическое затруднение заключается в трудности формирования проходов в упакованном в вакууме материале сердечника, так как не будет возможности изолировать части кожуха.
Объем изобретения ограничивается исключительно прилагаемой формулой изобретения.
1. Устройство для нагревания текущей среды, такой как вода, содержащее нагревательный блок и соединенный с ним теплообменник, которые по меньшей мере частично помещены в изоляционный материал, отличающееся тем, что изоляционный материал содержит упакованный в вакууме материал сердечника.
2. Нагревательное устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный блок и теплообменник помещены в кожух с несколькими стенками, причем упакованный в вакууме материал сердечника размещается между по меньшей мере одной из стенок и нагревательным блоком и/или теплообменником.
3. Нагревательное устройство по п. 2, отличающееся тем, что упакованный в вакууме материал сердечника выполнен в форме панели, а такая вакуумная панель размещена вдоль по меньшей мере одной из стенок.
4. Нагревательное устройство по п. 3, отличающееся тем, что по меньшей мере одна распорка размещена между нагревательным блоком и/или теплообменником с одной стороны и по меньшей мере одной вакуумной панелью с другой.
5. Нагревательное устройство по п. 4, отличающееся тем, что по меньшей мере одна вакуумная панель содержит отражательную пленку, вмещающую материал сердечника и по меньшей мере одну распорку, проницаемую для излучения.
6. Нагревательное устройство по п. 5, отличающееся тем, что нагревательный блок и/или теплообменник прикреплен болтами к стенке кожуха, и по меньшей мере одна распорка содержит втулку или кольцо, помещенное вокруг по меньшей мере одного из болтов.
7. Нагревательное устройство по п. 5, отличающееся тем, что по меньшей мере одна распорка содержит пластину с несколькими отверстиями.
8. Нагревательное устройство по п. 4, отличающееся тем, что нагревательный блок и/или теплообменник прикреплен болтами к стенке кожуха, и по меньшей мере одна распорка содержит втулку или кольцо, помещенное вокруг по меньшей мере одного из болтов.
9. Нагревательное устройство по п. 3, отличающееся тем, что вакуумная панель размещена вдоль, по существу, замкнутой стенки кожуха.
10. Нагревательное устройство по п. 9, отличающееся тем, что по меньшей мере одна распорка размещена между нагревательным блоком и/или теплообменником с одной стороны и по меньшей мере одной вакуумной панелью с другой.
11. Нагревательное устройство по п. 10, отличающееся тем, что по меньшей мере одна вакуумная панель содержит отражательную пленку, вмещающую материал сердечника и по меньшей мере одну распорку, проницаемую для излучения.
12. Нагревательное устройство по п. 11, отличающееся тем, что нагревательный блок и/или теплообменник прикреплен болтами к стенке кожуха, и по меньшей мере одна распорка содержит втулку или кольцо, помещенное вокруг по меньшей мере одного из болтов.
13. Нагревательное устройство по п. 11, отличающееся тем, что по меньшей мере одна распорка содержит пластину с несколькими отверстиями.
14. Нагревательное устройство по п. 10, отличающееся тем, что нагревательный блок и/или теплообменник прикреплен болтами к стенке кожуха, и по меньшей мере одна распорка содержит втулку или кольцо, помещенное вокруг по меньшей мере одного из болтов.
15. Нагревательное устройство по любому из пп. 1, 2, 3 или 9, отличающееся тем, что упакованный в вакууме материал сердечника размещен на определенном расстоянии от нагревательного блока и/или теплообменника.
16. Нагревательное устройство по п. 15, отличающееся тем, что по меньшей мере одна распорка размещена между нагревательным блоком и/или теплообменником с одной стороны и по меньшей мере одной вакуумной панелью с другой.
17. Нагревательное устройство по п. 16, отличающееся тем, что по меньшей мере одна вакуумная панель содержит отражательную пленку, вмещающую материал сердечника и по меньшей мере одну распорку, проницаемую для излучения.
18. Нагревательное устройство по п. 17, отличающееся тем, что по меньшей мере одна распорка содержит пластину с несколькими отверстиями.
19. Нагревательное устройство по п. 17, отличающееся тем, что нагревательный блок и/или теплообменник прикреплен болтами к стенке кожуха, и по меньшей мере одна распорка содержит втулку или кольцо, помещенное вокруг по меньшей мере одного из болтов.
20. Нагревательное устройство по п. 16, отличающееся тем, что нагревательный блок и/или теплообменник прикреплен болтами к стенке кожуха, и по меньшей мере одна распорка содержит втулку или кольцо, помещенное вокруг по меньшей мере одного из болтов.
