CZ20432U1

CZ20432U1 - Device for solar heating of service water

Info

Publication number: CZ20432U1
Application number: CZ200922011U
Authority: CZ
Inventors: Komínek@Miroslav
Original assignee: Komínek@Miroslav
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2010-01-11

Description

Zařízení pro solární ohřev užitkové vodyEquipment for solar water heating

Předmět technického řešeníSubject of the technical solution

Předmětem technického řešení je zařízení pro solární ohřev užitkové vody, tvořené alespoň jedním solárním kolektorem a výměníkem tepla, který je zařazen do obvodu pro oběh teplosměnné5 ho média prostřednictvím oběhového čerpadla.The object of the technical solution is a device for solar heating of service water, consisting of at least one solar collector and heat exchanger, which is connected to the circuit for circulating the heat transfer medium by means of a circulation pump.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době jsou mimo jiné užívány k ohřevu užitkové vody solární systémy, jejichž zahřátým teplosměnným médiem se v tepelném výměníku, který je zařazen do solárního systému, ohřívá chladná užitková voda na teplotu, potřebnou k dalšímu použití, kupříkladu k mytí apod.At present, among other things, solar systems are used to heat the domestic water, with the heated heat transfer medium being heated in a heat exchanger which is included in the solar system to cool the domestic hot water to the temperature required for further use, for example washing.

Nevýhodou solárních aplikací je, že účinnost ohřátí je ve značné míře závislá na okamžitých klimatických podmínkách. Je zřejmé, že pň delší absenci slunečního svitu, tedy pň oblačných dnech a zejména pak v nočním období, nemusí být vždy k dispozici požadované množství ohřáté vody.The disadvantage of solar applications is that the heating efficiency is largely dependent on the current climatic conditions. Obviously, in the absence of sunshine, i.e. on cloudy days and especially at night, the required amount of heated water may not always be available.

Uvedená nevýhoda se do jisté míry minimalizuje tím, že se do tepelného výměníku umístí pň15 dávné vytápěcí těleso, kupňkladu elektrická topná spirála, které se automaticky spíná pň poklesu teploty vody ve výměníku a pň současně nízké teplotě teplosměnného média na jeho výstupu ze solárního zařízení. Použití pňdavné topné spirály však nutně vede k nežádoucí zvýšené spotřebě elektrické energie. Stejně energeticky nevýhodná jsou podobná zaňzení, u kterých je do výstupního potrubí teplé užitkové vody z tepelného výměníku zařazen průtokový ohřívač, který je zapí20 nán, když teplota vody, vystupující z tepelného výměníku, poklesne pod požadovanou minimální hodnotu.This disadvantage is minimized to a certain extent by placing an old heating element, such as an electric heating coil, in the heat exchanger, which switches automatically when the water temperature in the exchanger drops and at the same time the temperature of the heat exchanger at its outlet from the solar system. However, the use of an additional heating coil necessarily leads to an undesired increased power consumption. Equally energy-disadvantageous are similar devices in which a flow heater is connected to the domestic hot water outlet pipe of the heat exchanger, which is switched on when the temperature of the water exiting the heat exchanger falls below the required minimum value.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nevýhody podstatně zmenšuje zaňzení podle předloženého technického řešení, kterým je zaňzení pro solární ohřev užitkové vody, tvořené alespoň jedním solárním kolektorem a vý25 měníkem tepla, který je zařazen do obvodu pro oběh teplosměnného média prostřednictvím oběhového čerpadla.The above-mentioned disadvantages are substantially reduced by the apparatus according to the present invention, which is a system for solar water heating comprising at least one solar collector and a heat exchanger which is connected to the circuit for circulating the heat transfer medium by means of a circulation pump.

Podstatou technického řešení je, že mezi alespoň jeden solární kolektor a výměník teplaje vložen tepelný akumulátor, pňpadně, že tepelný akumulátor tvoří součást alespoň jednoho solárního kolektoru.The essence of the invention is that a heat accumulator is inserted between the at least one solar collector and the heat exchanger, or that the heat accumulator forms part of the at least one solar collector.

Další podstatou technického řešení je, že obsahuje jednak dvojici teplotních čidel - dolní teplotní čidlo, uložené ve výměníku tepla a homí teplotní Čidlo, uložené v tepelném akumulátoru, jednak řídicí jednotku, ke které jsou teplotní čidla pňpojena a která dále obsahuje jednak obvod pro porovnání rozdílu teplot, indikovaných teplotními čidly, jednak obvod pro sepnutí oběhového čerpadla v pňpadě, kdy je teplota indikovaná dolním teplotním čidlem menší, než teplota indiko35 váná horním teplotním čidlem.Another principle of the technical solution is that it contains both a pair of temperature sensors - a lower temperature sensor stored in the heat exchanger and an upper temperature sensor stored in the thermal accumulator, as well as a control unit to which the temperature sensors are connected. temperatures indicated by the temperature sensors and the circuit for switching the circulator in case the temperature indicated by the lower temperature sensor is lower than the temperature indicated by the upper temperature sensor.

Podstatou technického řešení také je, že dolní teplotní Čidlo je uloženo v dolní části výměníku tepla a homí teplotní čidlo je uloženo v homí části tepelného akumulátoru.The essence of the invention is also that the lower temperature sensor is mounted in the lower part of the heat exchanger and the upper temperature sensor is mounted in the upper part of the heat accumulator.

Vzhledem k tomu, že teplota teplosměnné kapaliny v akumulátoru podle předmětu technického řešení může dosahovat až 90 °C a v praxi se pň průměrných klimatických podmínkách průběžně udržuje až na 80 až 85 °C, je úspora energie zřejmá. Dokonce i pň výjimečné aplikaci pňdavného ohřevu vody ve výměníku, je spotřeba energie podstatně nižší, než spotřeba pňpadně instalovaného průtokového ohřívače u některých současných konstrukcí.Since the temperature of the heat transfer fluid in the accumulator according to the object of the invention can reach up to 90 ° C and in practice, under average climatic conditions it is continuously maintained up to 80 to 85 ° C, energy saving is obvious. Even with the exceptional application of additional water heating in the exchanger, the energy consumption is considerably lower than that of a possibly installed instantaneous water heater in some current designs.

-1 CZ 20432 Ul-1 CZ 20432 Ul

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Příkladná provedení zařízení podle předloženého technického řešení jsou schematicky znázorněna na připojených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno zařízení s tepelným akumulátorem, a na obr, 2 je znázorněno zařízení s tepelným akumulátorem a přídavnými primárními solárními kolektory.Exemplary embodiments of the device according to the present invention are schematically shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a device with a heat accumulator, and Fig. 2 shows a device with a heat accumulator and additional primary solar collectors.

Popis příkladných provedení technického řešeníDescription of exemplary embodiments of the technical solution

Jak je zřejmé z obr. 1, je příkladné zařízení podle technického řešení tvořeno jednak solárním kolektorem 1 se vstupem JT a výstupem 12, přičemž solární kolektor 1 je realizován některou z obecně známých konstrukcí, kupříkladu trubkovou soustavou, nebo soustavou podélných trubic, io které se nachází v okolí ohniskové roviny podélného zrcadlícího prvku, jednak výměníkem 2 tepla, který je v dolní části opatřen přívodním potrubím 23 chladné užitkové vody a v horní části odváděcím potrubím 24 ohřáté užitkové vody. Ve výměníku 2 tepla je uložena ohřívací spirála s počátkem 201 a koncem 202.As can be seen from FIG. 1, an exemplary device according to the invention consists of a solar collector 1 with an inlet 11 and an outlet 12, the solar collector 1 being realized by one of the generally known constructions, for example a tubular system or a longitudinal tube system. It is located in the vicinity of the focal plane of the longitudinal mirror element, and on the other hand by a heat exchanger 2, which is provided with a cold service water inlet pipe 23 and a heated service water outlet pipe 24 in the upper part. The heat exchanger 2 houses a heating coil with a start 201 and an end 202.

Soustava je podle technického řešení doplněna tepelným akumulátorem 3, který je opatřen tep15 lým přívodem 31 a chladným vývodem 32 pro spojení se vstupem jj. a výstupem 12 solárního kolektoru 1. Tepelný akumulátor 3 je dále opatřen teplým výstupem 33, který je vstupním potrubím 25 prostřednictvím oběhového čerpadla 4 propojen s počátkem 201 ohřívací spirály 20 výměníku 2 tepla, jejíž konec 202 je výstupním potrubím 26 propojen s chladným vstupem 34 tepelného akumulátoru 3. Soustava solárního kolektoru 1, ohřívací spirály 20 a tepelného akumu20 látoru 3, včetně souvisejícího potrubního systému, je naplněna s ohledem na konkrétní aplikaci běžně užívaným teplosměnným médiem, kupříkladu vodou, olejem a pod.According to the invention, the system is supplemented by a thermal accumulator 3, which is provided with a warm inlet 31 and a cold outlet 32 for connection to the inlet. and the output 12 of the solar collector 1. The heat accumulator 3 is further provided with a heat output 33 which is connected via an inlet conduit 25 via a circulation pump 4 to the start 201 of a heat exchanger heating coil 20. The solar collector assembly 1, the heating coil 20 and the heat accumulator 3, including the associated piping system, are filled with respect to a particular application by a commonly used heat exchange medium, for example water, oil and the like.

Příkladné zařízení podle obr. 1 je dále podle technického řešení doplněno řídicí jednotkou 5 pro spínání oběhového čerpadla 4 prostřednictvím jejího spínacího výstupu 53. Řídicí jednotka 5 zahrnuje dále jednak první vstup 51, ke kterému je připojeno horní teplotní čidlo 35, uložené výhodně v dolní ěásti tepelného akumulátoru 3, jednak druhý vstup 52, ke kterému je připojeno dolní teplotní čidlo 22, které je umístěno, také výhodně, v dolní části výměníku 2 tepla. Vnitřní zapojení řídicí jednotky 5, jakož i popis použitých součástí, není detailně uvedeno vzhledem k tomu, že je tvořeno běžně známými elektronickými, případně silovými elektrickými prvky v uspořádání, které je definováno ve vztahu k realizaci rozhodovací činnosti a realizováno někte30 rými z o sobě známých obvodů a nemá vliv na předmět technického řešení. Příkladná činnost řídící jednotky 5je popsána dále.The exemplary device according to FIG. 1 is further supplemented by a control unit 5 for switching the circulation pump 4 by means of its switching output 53 according to the invention. The control unit 5 further comprises a first inlet 51 to which an upper temperature sensor 35 preferably mounted in the lower part is connected. a second inlet 52 to which a lower temperature sensor 22 is connected, which is also preferably located in the lower part of the heat exchanger 2. The internal connection of the control unit 5, as well as the description of the components used, is not described in detail, since it consists of commonly known electronic or power electrical elements in an arrangement which is defined in relation to the implementation of decision-making and implemented by some known circuits. and does not affect the subject matter of the invention. An exemplary operation of the control unit 5 is described below.

Na obr. 2 je znázorněna jiná konstrukční varianta předmětu předloženého technického řešení, kterou lze výhodně aplikovat zejména u již existujících soustav solárního ohřevu. V tomto případě jde o soustavu, která je tvořena několika vzájemně sériově propojenými primárními solárními kolektory 13 běžné konstrukce se společným přívodem 131 a společným vývodem 132. Výměník 2 tepla je, na rozdíl od obr. 1, doplněn základní ohřívací spirálou 21, jejíž konec 211 je odváděcím potrubím 221 připojen k přívodu 131 soustavy primárních solárních kolektorů 13 a jejíž vývod 132 je prostřednictvím přiváděcího potrubí 221 a základního oběhového čerpadla 41 připojen k počátku 210 základní ohřívací spirály 2L Zapojení a ovládání základního oběhového čerpadla 41 je běžné a není blíže popsáno.FIG. 2 shows another constructional variant of the object of the present invention, which can be advantageously applied, in particular, to existing solar heating systems. In this case, the system consists of several interconnected primary solar collectors 13 of common construction with common inlet 131 and common outlet 132. The heat exchanger 2, unlike FIG. 1, is supplemented by a basic heating coil 21, the end of which 211 is connected to the inlet 131 of the primary solar collector assembly 13 via a discharge line 221 and the outlet 132 of which is connected via a supply line 221 and a basic circulation pump 41 to the start 210 of the basic heating coil 21.

Soustava je dále doplněna základním obvodem podle předloženého technického řešení, který je v postatě shodný se zařízením podle obr. 1. Na obr. 2 je také znázorněno jiné možné variantní konstrukční řešení tepelného akumulátoru 3, který je v tomto případě přímo přiřazen k solárnímu kolektoru 1. Jeho trubky 10 jsou kupříkladu realizovány jako samostatné smyčky, jejichž konceThe system is further completed by a basic circuit according to the present invention, which is substantially identical to the device of Fig. 1. Fig. 2 also shows another possible variant design of the thermal accumulator 3, which in this case is directly assigned to the solar collector 1 Its pipes 10 are, for example, realized as separate loops whose ends

100 jsou zavedeny do dolní části tepelného akumulátoru 3, přičemž pohyb teplosměnného média v nich je realizován samotíŽí. Honu teplotní čidlo 35 je příkladně umístěno v horní části tepelného akumulátoru 3.100 are introduced into the lower part of the heat accumulator 3, wherein the movement of the heat exchange medium is realized by gravity. The temperature sensor 35 is, for example, located in the upper part of the heat accumulator 3.

-2CZ 20432 Ul-2EN 20432 Ul

Vzhledem k fyzickému propojení solárního kolektoru 1 a tepelného akumulátoru 3 je tepelný akumulátor 3 opatřen pouze teplým výstupem 33, ke kterému prostřednictvím vstupního potrubí 25 a oběhového čerpadla 4 je připojen počátek 201 ohřívací spirály 20 a chladným vstupem 34, ke kterému je prostřednictvím výstupního potrubí 26 připojen její konec 202,Due to the physical connection of the solar collector 1 and the heat accumulator 3, the heat accumulator 3 is provided only with a hot outlet 33 to which the inlet pipe 25 and the circulation pump 4 are connected to the start 201 of the heating coil 20 and a cold inlet 34 to which attached its end 202,

Činnost zařízení dle předmětu předloženého technického řešení podle obr. 1 je následující. Soustava solárního kolektoru i, tepelného akumulátoru 3, souvisejících potrubních spojů a ohřívací spirály 20 výměníku 2 tepla je vyplněna běžně používaným teplosměnným médiem. Teplosměnné médium je v solárním kolektoru I zahříváno slunečním zářením a proudí z jeho výstupu 12 teplým přívodem 31 do tepelného akumulátoru 3, ze kterého se pak chladnější vrací chladným ío vývodem 32 a vstupem TI do solárního kolektoru 1. V počátku Činnosti, obvykle při odběru teplé užitkové vody odvádčcím potrubím 24, je zřejmé, že teplota dolního teplotního čidla 22 bude nižší, než teplota horního teplotního čidla 35. V takovém případě uvede řídicí jednotka 5 do činnosti oběhové Čerpadlo 4 a zahřáté teplosměnné médium začne vstupním potrubím 25 proudit z tepelného akumulátoru 3 do ohřívací spirály 20 výměníku 2 tepla a ohřívá užitkovou vodu v něm. Za jistou dobu, která závisí na intenzitě slunečního svitu a tepelné bilanci soustavy, dosáhne teplota teplosměnného média v celé popsané soustavě maximální hodnotu, která dosahuje až 90 °C a systém jev energetické rovnováze. Teploty t^ a t^ se - s jistou teplotní diferencí - vyrovnají a řídicí jednotka 5 oběhové čerpadlo 4 vypne.The operation of the device according to the object of the present technical solution according to Fig. 1 is as follows. The assembly of the solar collector 1, the heat accumulator 3, the associated pipe connections and the heating coil 20 of the heat exchanger 2 is filled with a commonly used heat exchange medium. The heat transfer medium in the solar collector 1 is heated by solar radiation and flows from its output 12 through a warm inlet 31 to the heat accumulator 3, from which the colder returns through the cold outlet 32 and the inlet T1 to the solar collector 1. It is obvious that the temperature of the lower temperature sensor 22 will be lower than the temperature of the upper temperature sensor 35. In this case, the control unit 5 activates the circulation pump 4 and the heated heat transfer medium starts flowing through the inlet line 25 from the heat accumulator 3. into the heating coil 20 of the heat exchanger 2 and heats the service water therein. Over a period of time, which depends on the intensity of the sunshine and the heat balance of the system, the temperature of the heat transfer medium in the whole described system reaches a maximum value, which reaches up to 90 ° C and the system has an energy balance phenomenon. The temperatures t1 and t1 are equilibrated with a certain temperature difference and the control unit 5 switches off the circulation pump 4.

Po zahájení odběru užitkové vody odváděcím potrubím 24, je část tepelné energie teplosměnné20 ho média předána prostřednictvím ohřívací spirály 20 ohřívané užitkové vodě a odebraná část je přívodním potrubím 23 výměníku 2 tepla automaticky doplňována chladnou vodou, která nutně ochlazuje teplosměnné médium ve výměníku 2 tepla, Teplota dolního teplotního čidla 22 přitom klesá jak absolutně, tak i vzhledem k teplotě t^ horního teplotního čidla 35. Rozdíl uvedených teplot se po jisté době přiblíží k určité - zvolené a řídicí jednotkou 5 předem nastavené 25 diferenční hodnotě a při jejím dosažení uvede řídicí jednotka 5 opět oběhové čerpadlo 4 do činnosti, teplosměnné médium začne proudit z tepelného akumulátoru 3 ohřívací spirálou 20, předá svou tepelnou energii ohřívané užitkové vodě, teplota t^, indikovaná dolním teplotním čidlem 22 se postupně zvyšuje a rozdíl teplot t^ a t^ se snižuje. Tento děj se při odběru teplé užitkové vody opakuje.Upon commencement of the domestic hot water withdrawal via the discharge line 24, a portion of the heat transfer medium heat energy 20 is transferred via the hot water heating coil 20 and the withdrawn portion is automatically replenished with cold water supply line 23 of the heat exchanger 2. The lower temperature sensor 22 decreases both absolutely and with respect to the temperature t1 of the upper temperature sensor 35. The difference of said temperatures after a certain time approaches a certain value selected by the control unit 5 preset by the difference value 25 and when the control unit 5 is reached again the circulation pump 4 is activated, the heat transfer medium starts to flow from the heat accumulator 3 through the heating coil 20, transmits its heat energy to the domestic hot water, the temperature t indicated by the lower temperature sensor 22 gradually increases and the temperature difference t ^ t ^ decreases. This process is repeated when hot water is taken.

Vzhledem k tomu, že objem tepelného akumulátoru 3 je podstatě větší, než objem běžného solárního kolektoru, je množství tepelné energie, předávané ohřívané užitkové vodě ve srovnání s běžnými soustavami podstatně větší, a to i bez nutnosti jejího dodatečného ohřevu elektrickou energií nebo plynem. To platí zejména tehdy, když vlastní sluneční svit není optimální, zejména v ranních či odpoledních hodinách, případně v noci.Since the volume of the thermal accumulator 3 is substantially larger than the volume of a conventional solar collector, the amount of thermal energy delivered to the domestic hot water is considerably greater compared to conventional systems, even without the need for additional heating by electric energy or gas. This is especially true when the sunshine itself is not optimal, especially in the morning, afternoon or night.

U zařízení podle obr. 2 pracuje soustava primárních kolektorů 13 ve spojení s výměníkem 2, soustavou priváděcího potrubí 220, odváděcího potrubí 221 a základního oběhového čerpadla 44 obvyklým způsobem, tedy tak, že teplosměnné médium, ohřáté v primárních kolektorech 13, ohřívá užitkovou vodu prostřednictvím základní ohřívací spirály 2L Současně se - nezávisle na odběru - zahřívá teplonosné médium v již popsané soustavě solárního kolektoru 1, tepelného akumulátoru 3 na maximální teplotu. Ohřívání užitkové vody pokračuje tak dlouho, pokud primární kolektory 13 a meteorologické podmínky, poskytují ve vztahu k odběru teplé užitkové vody dostatek tepelné energie. Jakmile - podobně jako v předchozím příkladě - klesne teplota t^, indikovaná dolním teplotním čidlem 22 a tedy i stanovený rozdíl teplot -1^ pod stanovenou hodnotu, sepne řídicí jednotka 5 oběhové čerpadlo 4 a energie je z tepelného akumulátoru 3 přf45 dávně předávána ohřívané užitkové vodě.In the apparatus of FIG. 2, the primary collector assembly 13 communicates with the exchanger 2, the supply manifold assembly 220, the exhaust manifold assembly 221, and the basic circulation pump 44 in the usual manner, such that the heat transfer medium heated in the primary collectors 13 At the same time, irrespective of the consumption, the heat transfer medium is heated to the maximum temperature in the solar collector 1, heat accumulator 3 system already described. Domestic hot water heating continues as long as the primary collectors 13 and meteorological conditions provide sufficient thermal energy in relation to the domestic hot water demand. As soon as - as in the previous example - the temperature t1 indicated by the lower temperature sensor 22 and hence the set temperature difference ^1 falls below the set value, the control unit 5 switches the circulation pump 4 on. water.

Je zřejmé, že zobrazená a popsaná provedení nejsou jedinými řešeními předmětu předloženého technického řešení. Jednotlivé konstrukční prvky lze podle místních poměrů výhodně kombinovat. Tak je kupříkladu možno vyhřívat tepelný akumulátor 3 pomocí několika solárních kolektorů i, zejména při jeho větším objemu, případně je možno řadit několik soustav v příkladném prove50 dění podle obr. 1 paralelně. Již existující soustavu ohřevu užitkové vody solárními kolektory je také možno rozšířit doplněním zařízení částí s akumulátorem 3 podle obr. 2 a pod.It is to be understood that the embodiments shown and described are not the only solutions to the subject matter of the present invention. The individual components can advantageously be combined according to local conditions. Thus, for example, it is possible to heat the thermal accumulator 3 by means of several solar collectors 1, in particular at a larger volume thereof, or it is possible to arrange several systems in the exemplary embodiment of FIG. 1 in parallel. The already existing domestic water heating system by solar collectors can also be expanded by adding a battery part device 3 according to FIG. 2 and the like.

-3CZ 20432 Ul-3EN 20432 Ul

Podobně lze polohu tepelných čidel 22, 35 ve výměníku 2 tepla, případně v tepelném akumulátoru 3 bez porušení podstaty předloženého technického řešení realizovat v různých oblastech těchto zařízení, a to zejména ve vztahu ke konkrétnímu konstrukčnímu provedení.Similarly, the position of the heat sensors 22, 35 in the heat exchanger 2 or in the heat accumulator 3 can be realized in various areas of these devices, especially in relation to the particular construction, without violating the nature of the present invention.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení pro solární ohřev podle předloženého technického řešení lze výhodně uplatnit jak při projekci nových ekologicky i ekonomicky výhodných soustav pro ohřev užitkové vody, tak při rekonstrukci zařízení stávajících.The solar heating device according to the present invention can be advantageously applied both in the design of new ecologically and economically advantageous systems for domestic hot water heating and in the reconstruction of existing plants.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Apparatus for solar water heating, comprising at least one solar collector and a heat exchanger, which is connected to a circuit for circulating a heat transfer medium by means of a circulation pump, characterized in that between at least one solar collector (1) and an exchanger (2) The heat accumulator (3) is inserted.

Solar heating device according to claim 1, characterized in that the heat accumulator (

3) forms part of at least one solar collector (1).

Solar heating device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a pair of temperature sensors, namely a lower temperature sensor (22) housed in the heat exchanger (2) and an upper temperature sensor (35) housed in the thermal accumulator (3) and on the other hand the control unit (5) to which the temperature sensors (22, 35) are connected and which further comprises a circuit for comparing the temperature difference indicated by the temperature sensors (22, 35) and circulatory

20 when the temperature (Ο22) indicated by the lower temperature sensor (22) is less than the temperature (t ₃₅ ) indicated by the upper temperature sensor (35).

Solar heating device according to claim 3, characterized in that the lower temperature sensor (22) is arranged in the lower part of the heat exchanger (2) and that the upper temperature sensor (35) is arranged in the upper part of the heat accumulator (3). .