RS65321B1

RS65321B1 - Akumulator toplote

Info

Publication number: RS65321B1
Application number: RS20240298A
Authority: RS
Inventors: Robert Laabmayr
Original assignee: Robert Laabmayr
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2024-04-30
Also published as: PL2489945T3; EP2489945A2; AT511289B1; HRP20240321T1; EP2489945A3; EP2489945C0; ES2973120T3; AT511289A1; EP2489945B1

Description

[0001] Pronalazak se odnosi na akumulator toplote koji ima rezervoar za skladištenje vode za grejanje sa različitim temperaturama vode za grejanje, koji ima protočni kanal koji je povezan za cirkulaciju sa rezervoarom za skladištenje vode za grejanje i ima slobodnu konvekciju vode za grejanje, i ima najmanje jedan vôd koji se proteže barem delimično spiralno i koji je postavljen u protočnom kanalu za vođenje tečnosti u razmeni toplote sa vodom za grejanje.

[0002] Da bi mogla da se zagreje servisna voda uz pomoć slobodne konvekcije vode za grejanje iz akumulatora toplote, poznato je iz prethodnog stanja tehnike (WO00/29789 A1) da je potrebano obezbediti kanal za protok u rezervoaru za skladištenje vode za grejanje. u koje se ubacuju vôdovi za servisnu vodu. Iako su takvi termosifonski sistemi jeftini, pouzdani i zahtevaju malo održavanja, oni imaju relativno niske konvekcijske struje u protočnom kanalu i samim tim nizak nivo efikasnosti u razmeni toplote između vode za grejanje i servisne vode. Stoga takvi akumulatori toplote nisu pogodni za velike zapreminske i temperaturne zahteve u proizvodnji servisne vode.

[0003] Takođe je poznato da je u akumulatoru toplote (DE19848648C1) obezbeđen kanal protoka za zagrevanje vode oko rezervoara za skladištenje servisne vode tako da može da se zagreva pomoću slobodne konvekcije. Ova konvekcija nastaje tako što se voda zagreva u protočnom kanalu koja se hladi usled povlačenja servisne vode, ponire naniže u protočnom kanalu i potom izlazi iz protočnog kanala, pri čemu se topla grejna voda uvlači u protočni kanal. Iako rezervoar za servisnu vodu može da pokrije unapred određenu potrošnju preko svoje zapremine skladištenja, protok oko njega u svrhu razmene toplote sa vodom za grejanje nije naročito efikasan. Zbog toga su potrebni relativno veliki rezervoari za skladištenje servisne vode da bi se ispunili zahtevi za zapreminu i temperaturu, jer se može očekivati samo sporo ponovno zagrevanje sa ohlađenim rezervoarom za servisnu vodu. Ovo se ne može otkloniti slabo provodljivim bočnim zidom protočnog kanala za kanalisanje grejne vode, posebno zato što je protočni kanal projektovan na način zadržavanja toplote.

[0004] Dokumenti EP 2206 971 A2 i DE 43 01 723 A1 prikazuju akumulatore toplote sa karakteristikama preambule zahteva 1.

[0005] Dhodno ovom, pronalazak ima za cilj poboljšanje akumulatora toplote tipa opisanog na početku na takav način da je, uprkos termosifonskom sistemu za razmenu toplote između vode za grejanje i tečnosti ili sanitarne vode, moguć visok stepen efikasnost dovoljan da pokrije zahteve zapremine i temperature. Pored toga, dinamiku termosifonskog sistema treba poboljšati kako bi se mogle brzo pratiti promenljivi zapreminski i temperaturni zahtevi izmenjivača toplote.

[0006] Pronalazak rešava postavljeni cilj karakteristikama zahteva 1.

[0007] Ukoliko zid kanala za protok ima toplotnu izolaciju, barem u nekim oblastima, onda čak i relativno mala temperaturna razlika u rezervoaru za skladištenje vode za grejanje može stvoriti osnovnu konvekciju u kanalu protoka u poređenju sa stanjem tehnike. Ova osnovna konvekcija se može održati čak i ako cevi u protočnom kanalu imaju male ili nikakve potrebe za razmenom toplote sa vodom za grejanje. Međutim, za razliku od prethodnog stanja tehnike, ova neprekidna, mada moguće niska, konvekcija prema pronalasku otvara mogućnost obezbeđivanja relativno visoke dinamike pri pražnjenju akumulatora toplote. Utvrđeno je da se parametri slobodne konvekcije mogu relativno brzo prilagoditi različitim zahtevima za snagom izmenjivača toplote ako se pretpostavi osnovna konvekcija. Čak i vršne snage mogu stoga biti pokrivene takvim izmenjivačem toplote, što znači da može zadovoljiti i relativno visoko postavljene uslove zapremine i temperature. Pored toga, toplotna izolacija zida protočnog kanala može da smanji neželjene smetnje u toku konvekcije, što može da omogući relativno visoke konvekcijske tokove, a samim tim i relativno visok nivo efikasnosti izmenjivača toplote. Takva toplotna izolacija može biti omogućena, na primer, ako je zid izolovan sa slabo toplotno provodljivim materijalima ili ako je zid napravljen od takvog materijala. Takve toplotne izolacije sa relativno visokom otpornošću na toplotni tok toplotne energije poznate su iz stanja tehnike, na primer plastične pene. Povoljno, toplotna izolacija prema pronalasku može poboljšati ne samo slobodnu osnovnu konvekciju, već i slobodnu konvekciju povezanu sa zahtevima performansi izmenjivača toplote. Tome može doprineti i tok protočnog kanala koji je u suštini u vertikalnom smeru, na primer, da bi se omogućila cirkulacija vode za grejanje niskog otpora ili da bi se posebno povoljno iskoristila gravitacija vode za grejanje. Poželjno, zid kanala za protok može se sastojati od toplotnog izolatora. U poređenju sa termosifonskim sistemima poznatim iz prethodnog stanja tehnike, kanal protoka se stoga može poboljšati ne samo u smislu njegove slobodne konvekcije na strukturalno jednostavan i stoga isplativ način, već se može značajno povećati i dinamika i performanse izmenjivača toplote oko kojeg teče.

[0008] Ako je vôd konstruisan kao valovita cev, to otvara mogućnost daljeg povećanja efikasnosti razmene toplote na konstrukcijski jednostavan način. S jedne strane, rebrasti oblik može da obezbedi povećano mešanje i time poboljšanu apsorpciju toplote cevovodne procesne vode, a sa druge strane, ovaj rebrasti oblik takođe može omogućiti velike brzine protoka u protočnom kanalu. Ovaj talasasti oblik takođe može da obezbedi smanjen otpor protoka u protočnom kanalu u slučaju spiralne cevi, tako da se poremećaj osnovne konvekcije može svesti na minimum. Pored toga, talasasti oblik se može koristiti za generisanje turbulentnog toka u protočnom kanalu i u liniji na strukturalno jednostavan način, što obezbeđuje poboljšani prenos i apsorpciju toplote. Za razliku od poznatih termosifonskih sistema, poboljšana dinamika se može postići čak i sa velikom površinom razmene toplote, a time i visoka efikasnost izmenjivača toplote.

[0009] Jednostavni projektni uslovi se mogu postići ako se protočni kanal u suštini proteže duž omotača rezervoara za skladištenje vode za grejanje i ako je vod projektovan kao vod servisne vode za zagrevanje servisne vode. Pogodno, ovo takođe može da omogući značajnu dužinu luka spiralne cevi, što može značajno da poboljša površinu za zagrevanje servisne vode, a time i efikasnost izmenjivača toplote.

[0010] Da bi se povećao kapacitet protoka izmenjivača toplote, može se predvideti da se obezbedi više cevi za servisnu vodu povezanih paralelno u kanalu za protok. Ovo takođe može poboljšati dinamiku razmene toplote, jer povećan ulaz hladnoće u kanal protoka omogućava brzu reakciju konvekcije. Za razliku od prethodnog stanja tehnike, rezervoar za skladištenje vode za grejanje se stoga može relativno brzo isprazniti preko servisne vode i tako da se koristi za visok kapacitet punjenja vodova za servisnu vodu. Pored toga, povećan broj vodova za servisnu vodu može povoljno da omogući nizak stepen grubog podešavanja izmenjivača toplote.

[0011] Jednostavnost konstrukcije se može postići ako se vôdovi za servisnu vodu povežu zajedničkim razvodnikom sa priključkom za hladnu vodu i otvore se u zajednički razvodnik sa priključkom za toplu vodu. Ovo takođe može da obezbedi ujednačene odnose pritiska u paralelnim vodovima za poboljšanu efikasnost izmenjivača toplote.

[0012] Na slikama, na primer, predmet pronalaska je ilustrovan pomoću primera izvođenja, gde

Na slici 1 je prikazan presek akumulatora toplote,

Na slici 2 prikazan je presek prema ll-ll na slici 1,

Na slici 3 prikazam je delimično otvoren delimični pogled prema sl.1 i

Na slici 4 i 5 prikazan je uvećan delimičnih prikaza slike 1.

[0013] Akumulator 1 toplote prikazan na slici 1 kao primer ima rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje, koji je okružen zidom 3 rezervoara za skladištenje. Ovaj zid 3 rezervoara je povezan sa spoljnom izolacijom koja nije detaljno prikazana. Kao što je poznato, toplotno napunjeni rezervoar 2 za skladištenje grejnu vodu ima vertikalni temperaturni gradijent, što uzrokuje različite temperature 4, 4', 4" vode 5 za grejanje vode za grejanje u rezervoaru 2 za skladištenje vode za grejanje. Ove temperaturne razlike u gustini grejne vode 5 mogu da se koriste za kreiranje termosifonskog sistema. U tu svrhu su u rezervoaru 2 za skladištenje vode za grejanje predviđeni su protočni kanal 6 prema pronalasku i drugi protočni kanal 7 koji nije prema pronalasku, a koji je povezan sa rezervoarom 2 za skladištenje vode za grejanje radi cirkulacije tako da se javlja slobodna konvekcija 8 vode 5 za grejanje. Ova slobodna konvekcija 8 može da se koristi za stvaranje pritiska u vodovima 9 ili 10 u protočnom kanalu 6 ili 7 sa grejnom vodom.5, gde vodovi 9 ili 10 služe za vođenje tečnosti 11 ili 12 u izmenjivač toplote sa grejnom vodom 5. Ova konstrukcija sada može da stvori izmenjivač 13 ili 14 toplote oko kojeg teče grejna voda 5 bez dodatnog unosa energije. Vodovi 9 ili 10 su u spiralnom obliku u kanalu 6, 7 za protok da bi se obezbedila velika površina razmene toplote, što se može videti, na primer, gledanjem vodova 9 na slici 3 u kombinaciji sa slikom 2. Detaljnije, efikasnost i dinamika izmenjivača 13 ili 14 toplote može se poboljšati ako se zid 15 ili 17 protočnog kanala 6 ili 7 sastoji od toplotne izolacije 16 ili 18. S jedne strane, ovo može da obezbedi osnovnu konvekciju 8' i, sa druge strane, konvekcija 8" (konvekcija zbog odgovarajućih uslova performansi izmenjivača 13 ili 15 toplote) može da se generiše, jer je protočni kanal 6 ili 7 termički odvojen od rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje, što se jasnije može videti na Slikama 4 i 5. Slobodna konvekcija 8 prema pronalasku, koja se sastoji od osnovne konvekcije 8' i konvekcije 8" koja je specifična za uslove, te je shodno tome posebno pogodna za ispunjavanje uslova velike zapremine i temperature za tečnost koja se zagreva. U skladu sa pronalaskom, kanal 6 za protok i povoljno takođe i kanal 7 za protok su dizajnirani tako da se protežu u suštini vertikalno u jednom pravcu kako bi mogli da iskoriste tokove uzgona (potiska) ili abrazije ili sile u svrhu razmene toplote bez smetnji, kao što se može videti posebno na Sl.

1. Pored toga, osnovna konvekcija 8' se može obezbediti čak i sa malim temperaturnim razlikama u rezervoaru 2 za skladištenje grejne vode.

[0014] Protočni kanal 6 se proteže duž omotača 3' rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje. Ovo omogućava formiranje posebno homogenog vertikalnog protočnog kanala 6 sa relativno visokom konvekcijom. Pored toga, protočni kanal 6 duž omotača 3' znači da se gubici toplote iz rezervoara za skladištenje vode za grejanje uvek mogu uvesti u donji deo rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje. Raslojavanje rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje može na ovaj način da se održava se relativno dugo, tako da su i pored hlađenja rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje, i dalje dostupne dovoljno visoke temperature za razmenu toplote. Stoga se mogu smanjiti gubici u stanju mirovanja.

[0015] Pored toga, ovaj ivični protočni kanal 6 takođe ima relativno velike dimenzije, tako da je posebno pogodan za vôdove 9 za zagrevanje servisne vode 11, jer se ovde mogu položiti vôdovi 9 velike dužine. Tako se može stvoriti efikasan izmenjivač toplote 13 za zagrevanje vode 11.

[0016] Vôd 9 je projektovan kao rebrasta cev, kao što se može videti u delimičnom prikazu prema slici 3, gde oblik rebraste cevi može da obezbedi poboljšano pražnjenje rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje.

[0017] Četiri paralelno povezana vôda 9, 9', 9", 9'" za servisnu vodu postavljena u protočnom kanalu 6 kako bi se omogućilo efikasnije pražnjenje rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje. Ovi vôdovi 9, 9', 9", 9'" su takođe projektovani kao rebraste cevi kako bi se dodatno povećao sadržaj energije koji se izvlači iz rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje.

[0018] Vôdovi 9, 9', 9", 9'" za servisnu vodu su povezani sa zajedničkim razvodnikom 19 sa priključkom 20 za hladnu vodu i teku u zajednički razvodnik 21 sa priključkom 22 za toplu vodu. Distributeri 19 i 21 su postavljeni u rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje, što omogućava postizanje konstruktivno jednostavnog rešenja.

[0019] Rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje takođe sadrži rezervoar 23 za izjednačavanje pritiska u sredini. Rezervoar 23 za izjednačavanje pritiska se koristi za podupiranje vôdova 10 drugog protočnog kanala 7, što rezultira konstrukcijski jednostavnim rešenjem.

[0020] Različito uslojavanje u rezervoaru 2 za skladištenje vode za grejanje može se postići ako ovaj drugi protočni kanal 7 ima otvore 24 preko svoje dužine 14' kanala za razmenu toplote sa grejnom vodom 5 rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje. Ovaj otvor 24 se proteže u S-oblik u izolaciji 18 i omogućava posebno povoljno uslojavanje tako što omogućava da se grejna voda 5 iz drugog protočnog kanala 7 vrati nazad u rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje kada je njen uspon ograničen slojevima sa višim temperaturama.

[0021] Rezervoar 23 za izjednačavanje pritiska ima gas, tačnije inertni gas 25, koji se može uvesti u rezervoar 23 za izjednačavanje pritiska preko voda 26 za gasni pritisak. Pored toga, ovaj vod 26 pritiska za gasni pritisak se može koristiti za odzračivanje rezervoara za skladištenje vode za grejanje kako bi se napunio vodom za grejanje. Nakon punjenja, inertni gas 25 se zatim može uvesti da bi mogao da apsorbuje toplotnu ekspanziju vode za grejanje na osnovu kompresibilnosti.

[0022] Vôdovi 10 u drugom protočnom kanalu 7 su povezani, na primer, sa solarnim kolektorom koji nije prikazan, tako da se rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje može da puni preko ovih vôdova 10. Tokom ovog zagrevanja, formirana je slobodna konvekcija 27, koja se može kombinovati sa slobodnom konvekcijom 28 iz rezervoara 23 za izjednačavanje pritiska kako bi se obezbedilo posebno punjenje rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje. U tu svrhu, izolovani spoljni zid 29 rezervoara 23 za izjednačavanje pritiska ima priključni otvor 30. U početku, rezervoar 23 za izjednačavanje pritiska može da apsorbuje toplotnu ekspanziju vode za grejanje 5 preko ovog priključnog otvora 30. Ako se isprazni rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje, onda se topla grejna voda 5 rezervoara za izjednačavanje pritiska može pogodno uvesti u pripadajući uslojeni rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje preko odgovarajućeg otvora 24 drugog protočnog kanala 7.

[0023] Vôdovi 10 u protočnom kanalu 14 su povezani, na primer, sa solarnim kolektorom koji nije prikazan, tako da se rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje može a puni preko ovih vôdova 10. Tokom ovog zagrevanja, formirane je slobodna konvekcija 27, koja se može kombinovati sa slobodnom konvekcijom 28 iz rezervoara 23 za izjednačavanje pritiska kako bi se obezbedilo posebno punjenje rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje. U tu svrhu izolovani spoljni zid 29 rezervoara 23 za izjednačavanje pritiska ima priključni otvor 30. inicijalno, rezervoar 23 za izjednačavanje pritiska može da apsorbuje toplotnu ekspanziju vode za grejanje 5 preko ovog priključnog otvora 30. Ako se rezervoar 2 za skladištenje vode za grejanje isprazni, topla voda 5 za grejanje rezervoara za izjednačavanje pritiska može povoljno da se uvede u odgovarajući uslojen rezervoara 2 za skladištenje vode za grejanje preko odgovarajućeg otvora 24 protočnog kanala 14.

Claims

Patentni zahtevi

1. Akumulator toplote koji ima rezervoar (2) za skladištenje grejnu vode sa različitim temperaturama (4, 4', 4") grejne vode, ima protočni kanal (6) koji je za cirkulaciju povezan sa rezervoarom (2) za skladištenje grejne vode i ima slobodnu konvekciju (8) grejne vode (5) i ima najmanje jedan vôd (9) koji je postavljen u protočnom kanalu (6) za vođenje tečnosti (11) koja je u razmeni toplote sa vodom (5) za grejanje pri čemu barem zid (15) protočnog kanala (6) ima toplotnu izolaciju (16) najmanje u određenim delovima, kanal (6) za protok je konstruisan tako da se pruža vertikalno u jednom pravcu i vôd (9) je postavljen u protočnom kanalu (6) da teče spiralno, naznačen time, što je vôd (9) konstruisan kao talasasta cev, pri čemu se protočni kanal (6) pruža u suštini duž omotača (3') rezervoara (2) za skladištenje vode za grejanje i što je vod (9) konstruisan kao vod za servisnu vodu za zagrevanje servisne vode, pri čemu je više vodova (9, 9', 9", 9'") za servisnu vodu povezanih paralelno postavljeno u protočni kanal (6).

2. Akumulator toplote prema zahtevu 1, naznačen time, što su vodovi (9, 9', 9", 9'") za servisnu vodu povezani sa zajedničkim razvodnikom (19) sa priključkom (20) za hladnu vodu i otvoreni u zajednički razvodnik (21) sa priključkom (22) za toplu vodu.