PL224979B1 - Akumulator ciepła nagrzewany energią elektryczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest akumulator energii cieplnej zawierający wewnętrzny układ nagrzewania elektrycznego, w którym energia cieplna akumulowana jest w elementach rdzenia, stanowiących konstrukcyjne części akumulatora.

Z opisu patentowego PL 174166 znany jest akumulacyjny grzejnik elektryczny, mający rurkowe elementy grzejne przeprowadzone poziomo i równolegle względem siebie przez rdzeń akumulacyjny i przylegającą izolację cieplną.

Urządzenie do akumulacji ciepła znane z opisu patentowego GB 1034929 zawiera akumulujące ciepło wypełnienie z żelazofosforu lub materiału bazującego na żelazofosforze, które może mieć postać bloków lub kawałków lub złoża granulowanego materiału. Urządzenie ma stalową obudowę zawierającą wspomniany żelazofosfor, do którego ciepło jest dostarczane przez środki w postaci elektrycznych elementów grzewczych oraz ma wentylatory, które są przewidziane do cyrkulacji powietrza przez urządzenie. W innej odmianie konstrukcyjnej, znane urządzenie może być przystosowane do cyrkulacji wody.

Zgodnie z wynalazkiem, akumulator ciepła nagrzewany energią elektryczną mający obudowę, w której umieszczony jest rdzeń akumulacyjny zawierający wypełnienie akumulujące ciepło oraz rurkowe elektryczne elementy grzejne przechodzące przez rdzeń i usytuowane równolegle względem siebie, charakteryzuje się tym, że ma walcową obudowę w postaci rury, zamkniętej z obu stron sitowymi dnami, wewnątrz której usytuowany jest rdzeń akumulacyjny, uformowany z rur osadzonych w sitowych dnach i przechodzących równolegle przez całą długość obudowy, przy czym każda z rur rdzenia zawiera wypełnienie akumulujące ciepło oraz rurkowe elektryczne elementy grzejne przeprowadzone równolegle kanałami wypełnienia przez całą długość rur.

Wypełnienie akumulujące ciepło składa się z członów w postaci walcowych bloczków, korzystnie z ceramiki na bazie betonu korundowego, które to bloczki są umieszczone w rurach rdzenia w sposób uporządkowany jeden za drugim na całej długości rur i tworzą wewnątrz każdej z rur siedem walcowych szeregów, z których sześć jest rozmieszczonych po obwodzie wewnętrznym rur a siódmy w osi rur, zaś rurkowe elektryczne elementy grzejne umieszczone są w kanałach utworzonych między pobocznicami walcowych szeregów bloczków wypełnienia.

Ponadto, oba sitowe dna obudowy mają pomiędzy rurami rdzenia otwory, prowadzące do międzyrurowej przestrzeni wewnątrz obudowy.

W celu wykorzystania akumulatora według wynalazku, łączy się otwarte końce jego obudowy z kanałem powietrznym instalacji grzewczej, tak aby powietrze płynące kanałem mogło przepływać zarówno przez rury rdzenia jak i przez przestrzeń między rurową.

Stanowiące wypełnienie akumulatora walcowe elementy ceramiczne, są w okresie nocy nagrzewane tanią energią elektryczną. Jest to faza ładowania akumulatora. Natomiast w ciągu dnia przez akumulator przepuszcza się powietrze, które nagrzewa się i może być wykorzystywane bezpośrednio do ogrzewania pomieszczeń lub poprzez wymiennik powietrze-woda, do nagrzewania wody w instalacji centralnego ogrzewania. Jest to faza rozładowania akumulatora.

W odróżnieniu od znanych, tradycyjnych akumulatorów ciepła, w których elementami akumulującymi ciepło są duże bloki szamotowe, narażone na duże naprężenia cieplne i ulegające szybkim uszkodzeniom, tworzące wypełnienie rdzenia walcowe bloczki ceramiczne, o długości znacznie mniejszej od długości rur rdzenia i średnicy znacznie mniejszej od średnicy rur rdzenia, mogą swobodnie się przesuwać wewnątrz rur. Dzięki niewielkim wymiarom gabarytowym rozkład temperatury wewnątrz tych bloczków jest wyrównany. Ponadto poprzeczne wymiary dużej liczby kanałów pomiędzy bloczkami, którymi przez rury rdzenia równolegle przepływa powietrze są niewielkie, co zapewnia równomierne i powolne chłodzenie wypełnienia, gdyż przepływ powietrza przez szczeliny między walcowymi bloczki jest laminarny.

Dodatkowo, zaletą rozwiązania jest niski spadek ciśnienia przy przepływie powietrza przez akumulator, wynikający z uporządkowanej struktury wypełnienia, co z kolei przyczynia się do znacznego zmniejszenia mocy silnika napędzającego wentylator powietrza. Z uwagi na niewielką prędkość przepływu powietrza praca instalacji jest bardzo cicha.

Gęstość i ciepło właściwe betonu korundowego, z którego wykonane są walcowe bloczki są wysokie. Dzięki temu pojemność cieplna akumulatora jest również wysoka i ciepło zgromadzone w akumulatorze jest relatywnie duże, co z kolei umożliwia ogrzewanie domu o znacznej kubaturze.

PL 224 979 B1

Współczynnik przewodzenia ciepła betonu korundowego jest wysoki, co w połączeniu z niewielkimi wymiarami walcowych bloczków zapewnia niskie różnice temperatury między ich powierzchnią a wnętrzem, zarówno w fazie nagrzewania jak i ochładzania. Dlatego naprężenia cieplne w walcowych bloczki ceramicznych są małe, co pozwala uniknąć ich zarysowań i pęknięć typowych dla powszechnie stosowanych bloków szamotowych.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia walcowy akumulator ciepła w izometrycznym widoku ogólnym, a fig. 2 - szczegół „A” z fig. 1.

Przykładowy akumulator ciepła według wynalazku, ma walcową obudowę 1 z rury ze szwem ze stali żaroodpornej. W obudowie 1 jest umieszczony rdzeń akumulacyjny złożony z ośmiu rur 2, przyspawanych do dwóch sitowych den 3 usytuowanych na końcach obudowy 1, na umownym wlocie i wylocie z akumulatora.

Rury 2 tworzące rdzeń akumulacyjny rozmieszczone są równomiernie po obwodzie oraz na środku sitowych den 3.

W rurach 2 rdzenia są umieszczone w sposób uporządkowany ceramiczne elementy wypełnienia akumulującego ciepło, mające postać walcowych bloczków 4 z ceramiki na bazie betonu korundowego, o średnicy równej wysokości i wynoszącej 30 mm. Bloczki 4 są rozmieszczone na całej długości rur 2 po obwodzie i wzdłuż osi rur 4, tworząc wewnątrz każdej z rur 2 siedem walcowych szeregów. Sześć tych walcowych szeregów jest rozmieszczonych po obwodzie wewnętrznym rur 2, a siódmy w osi rur 2.

Pomiędzy walcowymi bloczkami 4 akumulującymi ciepło umieszczone są w każdej z rur po trzy rurkowe elektryczne elementy grzejne 5, biegnące przez całą długość rur 2.

W sitowych dnach 3 obudowy 1 wykonanych jest ponadto czternaście otworów 6 dla przepływu powietrza przez przestrzeń międzyrurową wewnątrz obudowy 1, co umożliwia oddawanie ciepła do otoczenia również przez zewnętrzne powierzchnie rur 2 rdzenia.

Akumulator w celu jego praktycznego wykorzystania łączy się otwartymi końcami obudowy 1 z kanałem powietrznym instalacji grzewczej, tak aby powietrze płynące kanałem mogło przepływać przez akumulator, od umownego wlotu do wylotu obudowy, zarówno przez przestrzeń międzyrurową, jak i przez kanały, znajdujące się pomiędzy walcowymi bloczkami 4 wypełnienia.

W przedstawionym powyżej przykładzie nie przewidziano specjalnych dodatkowych środków do łączenia obudowy 1 akumulatora z kanałem instalacji, niemniej jednak w innych przykładach jest możliwe wyposażenie końców obudowy 1 akumulatora w kołnierze do łączenia z kołnierzami kanałów powietrznych instalacji.

Ponieważ walcowe bloczki 4 ułożone są w sposób regularny, szeregowo na długości rur 2 rdzenia, to przekrój poprzeczny kanałów, przez które przepływa powietrze, jest stały na całej długości akumulatora.

W odróżnieniu od tradycyjnych akumulatorów ciepła, w których elementami akumulującymi ciepło są duże bloki szamotowe, narażone na duże naprężenia cieplne i ulegające szybkim uszkodzeniom, ceramiczne walcowe bloczki 4, o średnicy równej wysokości, mogą swobodnie się przesuwać. Dzięki niewielkim wymiarom gabarytowym rozkład temperatury wewnątrz tych bloczków 4 jest wyrównany. Ponadto poprzeczne wymiary dużej liczby kanałów, przez które między pobocznicami bloczków 4 równolegle przepływa powietrze są niewielkie, a to zapewnia równomierne i powolne chłodzenie wypełnienia akumulatora, gdyż przepływ powietrza między walcowymi bloczkami 4 jest laminarny.

Gęstość i ciepło właściwe betonu korundowego, z którego wykonane są walcowe bloczki 4, są wysokie. Dzięki temu pojemność cieplna akumulatora jest również wysoka. Poza tym, współczynnik przewodzenia ciepła betonu korundowego jest również wysoki, co w połączeniu z niewielkimi wymiarami walcowych bloczków 4 zapewnia niskie różnice temperatury między ich powierzchnią, a wnętrzem, zarówno w fazie nagrzewania jak i ochładzania. Dlatego też naprężenia cieplne w walcowych bloczkach 4 są niewielkie, co pozwala uniknąć ich zarysować i pęknięć typowych dla bloków szamotowych.

Akumulator ciepła może być stosowany bezpośrednio do ogrzewania pomieszczeń, w tym dużych hal, jak również może stanowić źródło ciepła w hybrydowym, powietrzno-wodnym układzie ogrzewania budynku.

W tym drugim zastosowaniu, akumulator znajduje się korzystnie w oddzielnym pomieszczeniu, w którym ludzie nie przebywają w sposób ciągły. Podgrzane w akumulatorze powietrze jest schładzane w wymienniku ciepła typu powietrze-woda, który jest źródłem ciepła w instalacji centralnego ogrzewania. Akumulator ładowany jest nocą, a w ciągu dnia służy do nagrzewania powietrza, schładzanego

PL 224 979 B1 następnie w wymienniku ciepła. Taki hybrydowy układ ogrzewania zachowuje wszystkie zalety niskotemperaturowego ogrzewania wodnego.

Prezentowane rozwiązanie wychodzi naprzeciw założeniom polityki energetycznej Unii Europejskiej, która przewiduje wycofanie kotłów gazowych, olejowych i węglowych z budynków mieszkalnych. Zgodnie z tymi założeniami, do ogrzewania budynków ma być stosowana energia elektryczna.

Stosowanie na szerszą skalę walcowych akumulatorów ciepła według wynalazku, przyczyni się do wyrównania obciążenia sieci elektrycznej w ciągu całej doby, gdyż mogą one przejmować nadmiar energii elektrycznej w okresie nocnym.

Do nagrzewania akumulatora może służyć nie tylko nadmiarowa energia z sieci elektrycznej wytwarzanej zarówno w elektrowniach cieplnych jak i wiatrowych, ale również energia z rozproszonych odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatraki lub ogniwa fotowoltaiczne zainstalowane na dachu budynku.

Claims (2)

1. Akumulator ciepła nagrzewany energią elektryczną, mający obudowę, w której umieszczony jest rdzeń akumulacyjny zawierający wypełnienie akumulujące ciepło oraz rurkowe elektryczne elementy grzejne przechodzące przez rdzeń i usytuowane równolegle względem siebie, znamienny tym, że ma walcową obudowę (1) w postaci rury, zamkniętej z obu stron sitowymi dnami (3), wewnątrz której usytuowany jest rdzeń akumulacyjny uformowany z rur (2), osadzonych w sitowych dnach (3) i przechodzących równolegle przez całą długość obudowy (1), przy czym każda z rur (2) rdzenia zawiera wypełnienie akumulujące ciepło, złożone z członów w postaci walcowych bloczków (4), umieszczonych w sposób uporządkowany jeden za drugim na całej długości rur (2) rdzenia i tworzących wewnątrz każdej z rur (2) siedem walcowych szeregów, z których sześć jest rozmieszczonych po obwodzie wewnętrznym rur (2) zaś siódmy w osi rur, a ponadto zawiera rurkowe elektryczne elementy grzejne (5), przeprowadzone przez całą długość rur (2) w kanałach utworzonych między pobocznicami walcowych szeregów bloczków (4) wypełnienia, oraz że oba sitowe dna (3) mają pomiędzy rurami (2) otwory prowadzące do międzyrurowej przestrzeni wewnątrz obudowy (1).

2. Akumulator ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że walcowe bloczki (4) wypełnienia uformowane są z ceramiki na bazie betonu korundowego.