CS237352B1 - Zapojeni pro regulaci oběhu teplonosné kapaliny v kapalinovém okruhu - Google Patents

Abstract

Zapojení pro regulaci teplonosné kapaliny v kapalinovém okruhu slunečního kolektoru, jehož výstup je přes rozdělovači uzel spojen s vstupem prvního elektromagnetického ventilu a se vstupem druhého elektromagnetického ventilu, spojeného dále s akumulátorem, jehož výstup je spojen s výstupem prvního elektromagnetického ventilu, s vstupem expanzní nádoby a se vstupem oběhového čerpadla, jehož výstup je spojen se vstupem kolektoru, jehož výstup je spojen přes kolektorové teplotní čidlo s kolektorovým teplotním vstupem regulátoru, jehož akumulátorový teplotní vstup je spojen přes akumulátorové teplotní čidlo s teplotním vstupem akumulátoru a ovládací vstupy elektromagnetických ventilů jsou spojeny s přiřazenými ovládacími výstupy regulátoru, jehož čerpadlový výstup je spojen s ovládacím vstupem oběhového čerpadla a ve výstupní větvi kolektoru je třetí teplotní čidlo, jehož výstup je spojen s třetím teplotním vstupem regulátoru. Podstatou zapojení je, že toto třetí teplotní čidlo je umístěno v rozdělovacim uzlu.

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci oběhu teplonosné kapaliny v okruhu slunečního kolektoru, nebo v kapalinových okruzích zpětného získávání tepla ze zdrojů s proměnlivou teplotou.

Je známé zapojení pro regulaci teploty i oběhu teplonosné kapaliny v okruhu solárního kolektoru, které je tvořeno výměníkem spojeným s kolektorem přívodní potrubní větví teplonosné kapaliny a odvodní potrubní větví teplonosné kapaliny. Do odvodní potrubní větve je zařazeno oběhové čerpadlo a k přívodní potrubní větvi je připojena pojistná nádoba. Oběhové čerpadlo je elektricky vodivě připojeno k regulátoru, k němuž jsou elektricky vodivě připojeny jednak první teplotní čidlo umístěné v přívodní potrubní větvi u kolektoru, jednak druhé teplotní čidlo umístěné ve výměníku. Výměník je opatřen přívodem studené vody a odvodem teplé vody.

Dále je známé zapojení pro regulaci teploty i oběhu teplonosné kapaliny v okruhu solárního kolektoru, u kterého je přívodní potrubní větev teplonosné kapaliny propojena s odvodní potrubní větví teplonosné kapaliny příčnou potrubní větví, která je opatřena prvním elektromagnetickým ventilem, elektricky vodivě připojeným k regulátoru. K regulátoru je také elektricky vodivě připojen druhý elektromagnetický ventil, umístěný v přívodní potrubní větvi k akumulátoru. Oba elektromagnetické ventily jsou ovládány regulátorem, který snímá a porovnává pouze dvě teploty, to je teplotu v kolektoru a teplotu

- 3 237 352 v akumulátoru. Chod oběhového čerpadla je ovládán fotobuňkou nebo samostatným regulátorem. Tato zapojení jsou sice jednoduchá, ale nevyužívají optimálně tepelnou energii zachycenou kolektorem, nebol nedochází k zapnutí oběhového čerpadla v optimálním okamžiku. Oběhové čerpadlo jev chodu i tehdy, když nedochází k ohřevu teplonosné kapaliny. Například když je nízká teplota okolního prostředí při slunečním svitu, takže tepelné ztráty v kolektoru jsou vyšěí než tepelný zisk. Zapojení, která mají v jednom okruhu zapojen sluneční kolektor, akumulátor a oběhové čerpadlo a zapojení, kde se oběhové čerpadlo uvádí do chodu regulátorem, a kolektory jsou spojeny jak s akumulátorem tak i s jiným spotřebičem tepla, jsou nevýhodné tím, že v přívodním potrubí od slunečního kolektoru k akumulátoru je při počátku slunečního svitu studená teplonosná kapalina. Při slunečním svitu se tato kapalina v kolektoru zahřívá a signálem z teplotního čidla se uvede oběhové čerpadlo do chodu. Chladná kapalina v potrubí před akumulátorem akumulátor ochlazuje. Další nevýhodou je, že teplotní čidlo, které je v kolektoru, snímá teplotu té části teplonosné kapaliny, která je nashromážděna v horní části kolektoru. Nerespektuje tepelné ztráty teplonosné kapaliny v potrubním systému. Proto může docházet k ochlazování akumulátoru následkem velkých tepelných ztrát v potrubí, přestože teplotní čidlo signalizuje, že v horní Části kolektoru je dostatečně vysoká teplota nutná pro uvedení oběhového čerpadla do chodu. Aby se tomu zabránilo, nastavuje se velký teplotní rozdíl mezi teplotou teplonosné kapaliny v kolektoru a teplotou v akumulátoru, nutný pro uvedení oběhového čerpadla do chodu. Tím dochází k energetickým ztrátám. U zapojení, ve kterých je přívodní potrubní větev teplonosné kapaliny propojena s odvodní potrubní větví teplonosné kapaliny pomocí příčné potrubní větve, přičemž se snímají a porovnávají pouze dvě teploty, dochází k zapí- 4 237 3S2 nání oběhového čerpadla v závislosti pouze na intenzitě slunečního svitu· Tím opět vznikají ztráty energie potřebné k pohonu oběhového čerpadla·

Tyto nedostatky odstraňuje zapojení pro regulaci teplonosné kapaliny v kapalinovém okruhu slunečního kolektoru podle vynálezu· Kapalinový výstup kolektoru je spojen přes rozdělovači uzel s kapalinovým vstupem prvního elektromagnetického ventilu a s kapalinovým vstupem druhého elektromagnetického ventilu, jehož kapalinový výstup je spojen s kapalinovým vstupem akumulátoru· Kapalinový výstup akumulátoru je spojen s kapalinovým výstupem prvního elektromagnetického ventilu, s kapalinovým vstupem expanzní nádoby a s kapalinovým vstupem oběhového čerpadla, jehož kapalinový výstup je spojen s kapalinovým vstupem kolektoru. Teplotní výstup kolektoru je spojen přes kolektorové teplotní čidlo s kolektorovým teplotním vstupem regulátoru, jehož akumulátorový teplotní vstup je spojen přes akumulátorové teplotní čidlo s teplotním vstupem akumulátoru. Ventilové ovládací vstupy elektromagnetických ventilů jsou spojeny s přiřazenými ovládacími výstupy regulátoru, čerpadlový ovládací výstup regulátoru je spojen s ovládacím vstupem oběhového čerpadla. Ve výstupní větvi kolektoru je třetí teplotní čidlo, jehož výstup je spojen se třetím teplotním vstupem regulátoru· Podstata vynálezu spočívá v tom, že třetí teplotní čidlo je umístěno v rozdělovacím uzlu.

Umístění třetího teplotního čidla v rozdělovačím uzlu příznivě ovlivňuje zejména činnost rozsáhlých systémů při náběhu a před ukončením práce· U velkých systémů je celková délka zkráceného okruhu často větší než 150 m zatímco délka potrubí mezi akumulátorem a rozdělovač ím uzlem je necelý 1 metr. Při rozběhu celého systému, dochází k průchodu teplonosného media akumulátorem až po důkladném promíchání a vyrovnání teploty

237 352

.. - Γteplonosné kapaliny ve zkráceném okruhu· Umístění třetího teplotního čidla je v rozdělovacím uzlu, který je v bezprostřední blízkosti akumulátoru. To umožní sledovat, kdy se teplota teplonosné kapaliny v rozdělovacím uzlu a tedy v celém zkráceném okruhu zvýší ve srovnání s teplotou v akumulátoru natolik, že je reálná možnost ohřevu v akumulátoru. V tom okamžiku otevírá druhý elektromagnetický ventil průchod teplonosné kapaliny akumulátorem. Když se přestane ohřívat teplonosné kapalina v kolektoru, sleduje se teplota teplonosné kapaliny v rozdělovacím uzlu. To umožní využít veškerou energii, která je akumulovaná v teplonosné kapalině v přívodním a odvodním potrubí, a tato energie není u rozsáhlých systémů zanedbatelná. I když se tedy teplonosné kapalina v kolektoru nezahřívá ale je jí dostatek akumulováno v teplonosné kapalině, je oběhové čerpadlo v chodu po tu dobu, pokud se nevyčerpá veškerá akumulovaná energie, která stačí k ohřevu akumulátoru. Teprve po vyčerpání akumulované energie, kdy teplota teplonosné kapaliny v rozdělovacím uzlu klesne ve srovnání s teplotou v akumulátoru natolik, že k dalšímu ohřívání akumulátoru by nedocházelo, regulátor dá povel k zastavení Čerpadla. Toto uspořádání je vhodné zejména u rozsáhlých systémů s velkou délkou rozvodného potrubí v němž je velký objem teplonosného media. Výhoda tohoto uspořádání se též projeví při nestejnoměrné intenzitě slunečního záření vlivem proměnlivé oblačnosti. Uspořádání je výhodné též u zařízení pro zpětné získávání odpadního tepla z tepelných zdrojů s proměnlivou teplotou.

Příklad uspořádání podle vynálezu je znázorněn schematicky na připojeném výkrese.

Propojení slunečního kolektoru χ s akumulátorem 2 je provedeno známým okruhem ve kterém proudí teplonosné

-o237 352 kapalina. Vstupy a výstupy bloků a prvků tohoto okruhu jsou označeny jako kapalinové. Vstupy a výstupy, kterými se předávají informace o teplotě jsou označeny jako teplotní. Vstupy a výstupy, kterými se předávají povely k ovládání oběhového čerpadla £ a obou elektromagnetických ventilů 2 ^a É 3sou označeny jako ovládací. Jednotlivé bloky a prvky zapojení je možno charakterizovat takto. Sluneční kolektor 1 je jakýkoli známý sluneční kolektor, který slouží k přeměně slunečního záření v teplo. Akumulátor 2 je nádoba, kterou protéká ohřátá teplonosná kapalina a předává svoji tepelnou energii ohřívané kapalině, která je v akumulátoru 2, což obvykle bývá užitková voda. Regulátor 2 vytvořen z elektronických součástek. Přijímá informace z teplotních čidel X, 8, 2 » vyhodnocuje je a vydává přes své ovládací výstupy povely k otevírání a zavírání obou elektromagnetických ventilů £, 6 a ke spouštění a zastavování oběhového čerpadla £. Oběhové čerpadlo 2 je odstředivé cirkulační čerpadlo, které zajišíuje cirkulaci teplonosné kapaliny v okruhu slunečního kolektoru 1. Oba elektromagnetické ventily 2» É jsou stejné solenoidové ventily, které svoji polohtsuřídí průchod teplonosné kapaliny buď zkráceným nebo ohřívacím okruhem. U větších solárních systémů mohou být nahrazeny jedním třícestným ventilem se servopohonem. Všechna teplotní čidla χ, 8, 2 jsou stejné platinové teploměry. Kolektorové teplotní čidlo χ snímá teplotu teplonosné kapaliny v kolektoru 1, nebo snímá teplotu povrchu absorbéru v kolektoru 1. Akumulátorové teplotní čidlo 8 snímá teplotu ohřívané kapaliny v akumulátoru 2. Třetí teplotní čidlo které je umístěno v rozdělováním uzlu 10, rovněž snímá teplotu teplonosné kapaliny. Rozdělovači uzel 10 je umístěn v bezprostřední blízkosti kapalinového vstupu 22 akumulátoru 2. Akumulátor 2 je dále opatřen spotřebním

237 352 vstupem 21 a spotřebním výstupem 22 pro přívod a odvod ohřívané užitkové vody. Ke kapalinovému okruhu kolektoru 1 je připojena expanzní nádoba 100. která slouží k vyrovnávání objemu ohřívané teplonosné kapaliny. Zapojení jednotlivých bloků a prvků pro regulaci teplonosné kapaliny v kapalinovém okruhu slunečního kolektoru je provedeno takto. Kapalinový výstup 12 kolektoru 1 je spojen přes rozdělovači uhel 10 s kapalinovým vstupem 51 prvního elektromagnetického ventilu 2 ^{a 8} kapalinovým vstupem 61 druhého elektromagnetického ventilu 6 . Kapalinový výstup 63 druhého elektromagnetického ventilu 6 je spojen s kapalinovým vstupem 22 akumulátoru 2. Kapalinový výstup 24 akumulátoru 2 je spojen s kapalinovým výstupem 53 prvního elektromagnetického ventilu s kapalinovým vstupem expanzní nádoby 100 a s kapalinovým vstupem 41 oběhového čerpadla £. Kapalinový výstup 43 oběhového čerpadla £ je spojen s kapalinovým vstupem 11 kolektoru 1. Teplotní výstup 13 kolektoru 1 je spojen přes kolektorové teplotní čidlo χ s kolektorovým teplotním vstupem 31 regulátoru 2· Akumulátorový teplotní vstup 32 regulátoru 2 je spojen přes akumulátorové teplotní čidlo 8 s teplotním vstupem 25 akumulátoru 2. Ovládací vstup 52 prvního elektromagnetického ventilu 2 je spojen s prvním ventilovým ovládacím výstupem 35 regulátoru 2 . Ovládací vstup 62 druhého elektromagnetického ventilu 6 je spojen s druhým ventilovým ovládacím výstupem 36 regulátoru 2· čerpadlový ovládací výstup 34 regulátoru 2 3^θ spojen s ovládacím vstupem 42 oběhového čerpadla V rozdělovačím uzlu 10 je umístěno třetí teplotní čidlo 2 ^a výstup je spojen se třetím teplotním vstupem 33 regulátoru 2· Zapojení pracuje takto. V základním stavu jsou oba elektromagnetické ventily 2» Ř, uzavřeny a oběhové čerpadlo J je v klidu.

Z každého teplotního čidla χ, 8j 2 ^se předává informace

237 352

-y o teplotě v kolektoru 1, v akumulátoru 2 a v rozdělovaoím uzlu 10 do regulátoru 2· Regulátor 2 tyto informace porovnává a vyhodnocuje. Jestliže je teplota v kolektoru 1 nižší než je teplota ohřívané kapaliny v akumulátoru 2 a zároveň je teplota teplonosné kapaliny v rozdělovacím uzlu 10 nižší než je teplota ohřívané kapaliny v akumulátoru 2, vyhodnotí regulátor 2 tento stav a nevydá přes své ovládací výstupy 34. 35. 36 žádné povely· Oba elektromagnetické ventily 2» 6 zůstanou uzavřeny a oběhové čerpadlo £ zůstává v klidu. Tento stav nastává obvykle při nedostatečném slunečním svitu. Jestliže se sluneční svit zvýší, potom vlivem slunečního záření stoupá·teplota v kolektoru 1. Když teplota ve slunečním kolektoru 1 překročí o určitou nastavenou hodnotu teplotu ohřívané kapaliny v akumulátoru 2 a je-li současně teplota teplonosné kapaliny v rozdělovaoím uzlu 10 nižší než je teplota ohřívané kapaliny v akumulátoru 2, potom vyšle regulátor 2 přes svůj čerpadlový ovládací výstup 34 povel ke spuštění oběhového čerpadla 4 a zároveň vyšle regulátor 2 př®s svůj první ventilový ovládaoí výstup 35 povel k otevření prvního elektromagnetického ventilu 2· Druhý elektromagnetický ventil 6 zůstává uzavřen. Teplonosné kapalina proudí tak zvaným zkráceným okruhem z oběhového čerpadla £ přes kolektor 1 do rozdě- * lovsoího uzlu 10 a odtud přes otevřený první elektromagnetický ventil 2 zpět k oběhovému Čerpadlu 4. Vlivem proudění se teplonosná kapalina intenzivněji zahřívá a promíchává se v celém zkráceném okruhu. Teplota teplonosné kapaliny v celém zkráceném okruhu se vyrovnává, takže se vyrovnává i teplota v rozdělovaoím uzlu 10 s teplotou v kolektoru 1. Jestliže regulátor 2 vyhodnotí, že teplota teplonosné kapaliny v rozdělovaoím uzlu 10 je o určitou nastavenou hodnotu vyšší než je teplota

- 9 237 3S2 ohřívané kapaliny v akumulátoru 2, potom vyšle regulátor 2 přes svůj první ovládací ventilový výstup 35 povel k uzavření prvního elektromagnetického ventilu 2 a současné vyšle regulátor 2 přes svůj druhý ventilový ovládací výstup 36 povel k otevření druhého elektromagnetického ventilu 6. Oběhové čerpadlo £ zůstává v chodu a teplonosná kapalina proudí z rozdélovacího uzlu 10 do akumulátoru 2, kde ohřívá užitkovou vodu. Tento stav trvá tak dlouho, pokud je teplota teplonosné kapaliny o nastavenou hodnotu vyšší než je teplota ohří váné vody v akumulátoru 2. Toto je nej častější provozní stav, kdy se ohřívá užitková voda. Sleduje se při tom jen teplota teplonosné kapaliny v rozdělovacím uzlu 10 a teplota ohřívaně vody v akumulátoru 2. Tím se umožní využít veškeré tepelné energie akumulované v teplonosné kapalině bez ohledu na to, zda se teplonosná kapalina dále v kolektoru 1 ohřívá či neohřívá.

Vynálezu se využije při regulaci solárních systémů zejména při ohřevu užitkové vody v zemědělství, v průmyslu, v oblasti služeb i v rodinných domcích. Dále se vynálezu využije při zpětném získávání tepla ze zdrojů tepla s proměnlivou teplotou.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYHXlEZU

   237 352

   Zapojení pro regulaci teplonosné kapaliny v kapalinovém okruhu slunečního kolektoru, u kterého je kapalinový výstup kolektoru spojen přes rozdělovači uzel s kapalinovým vstupem prvního elektromagnetického ventilu a s kapalinovým vstupem druhého elektromagnetického ventilu jehož kapalinový výstup je spojen s kapalinovým vstupem akumulátoru, jehož kapalinový výstup je spojen s kapalinovým výstupem prvního elektromagnetického ventilu, s kapalinovým vstupem expanzní nádoby a s kapalinovým vstupem oběhového čerpadla, jehož kapalinový výstup je spojen s kapalinovým vstupem kolektoru, jehož teplotní výstup je spojen přes kolektorové teplotní čidlo s kolektorovým teplotním vstupem regulátoru, jehož akumulátorový teplotní vstup je spojen přes akumulátorové teplotní čidlo s teplotním vstupem akumulátoru a ovládací vstupy elektromagnetických ventilů jsou spojeny s přiřazenými ovládacími výstupy regulátoru, jehož čerpadlový ovládací výstup je spojen s ovládacím vstupem oběhového čerpadla a ve výstupní větvi kolektoru je třetí teplotní čidlo, jehož výstup je spojen se třetím teplotním vstupem regulátoru, vyznačující se tím, žb třetí teplotní čidlo (9) je umístěno v rozdělovačím uzlu (10).