CZ286368B6 - Elektrické akumulační topné zařízení - Google Patents

Abstract

Elektrické akumulační topné zařízení obsahuje akumulační jádro (2), elektrická topná tělesa (2) pro ohřev tohoto akumulačního jádra (2), ventilační kanál (5), ventilátor (8), který pro vybíjení akumulačního jádra (2) prohání vzduch ventilačním kanálem (5), a plášť (1), opatřený vstupními a výstupními otvory (6; 7) pro ventilační kanál (5). Ventilační kanál (5) probíhá podél teplosměnné plochy tepelného výměníku (10), který je kovovými teplovodnými plochami (14) spojen s akumulačním jádrem (2). Akumulační jádro (2) se může vybíjet prostřednictvím zmíněných teplovodných prvků a tepelného výměníku (10). Regulace stupně vazby mezi akumulačním jádrem (2) a tepelným výměníkem (10) je provedena tak, že tepelný výměník (10) má proměnnou polohu, to jest je v plášti (1) uložen například výkyvně. Vybíjení akumulačního jádra (2) lze regulovat změnou polohy tepelného výměníku (10), aniž by ventilační kanál (5) musel být veden skrze akumulační jádro (2).ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká elektrického akumulačního topného zařízení, které sestává z akumulačního jádra, elektrických topných těles pro ohřev tohoto akumulačního jádra, nejméně jednoho ventilačního kanálu, ventilátoru, který za účelem vybíjení akumulačního jádra prohání vzduch nejméně jedním ventilačním kanálem, a z pláště, ve kterém je uloženo akumulační jádro, ventilační kanál a ventilátor a který je opatřen vstupními a výstupními otvory pro ventilační kanál, přičemž v nebo na ventilačním kanálu je uspořádán tepelný výměník, jehož nejméně jedna teplosměnná plocha je v teplosměnném styku se vzduchem proháněným ventilačním kanálem.

Dosavadní stav techniky

U dosavadních elektrických akumulačních topných zařízení tohoto druhu je ventilační kanál obvykle v mnoha zákrutech veden skrze akumulační jádro. Vzduch proháněný ventilátorem skrze tento ventilační kanál odnímá teplo přímo z materiálu akumulačního jádra, kteiý tvoří stěny ventilačního kanálu, a vystupuje do vytápěného prostoru výstupními otvoiy. Provedení, průběh a také promyšlené vymezení ventilačního kanálu byly až dosud předpokladem pro, pokud možno rovnoměrné vybíjení akumulačního jádra a tím pro dosažení přijatelného stupně účinnosti elektrického akumulačního topného zařízení. Optimálního přenosu tepla z akumulačního jádra do vzduchu proháněného skrze ventilační kanál v akumulačním jádru lze dosáhnout pouze za cenu značných konstrukčních nákladů.

Z dokumentu SU-1562625-A2 je znám předehřívač vzduchu, ve kterém je přenos tepla z akumulačního jádra do vzduchu, který je veden zákruty ventilačního kanálu, zvýšen rozdělením ventilačního kanálu v řadu paralelních větví, které procházejí akumulačním jádrem. Nevýhodou je vedení ventilačního kanálu skrze akumulační jádro, protože tímto se komplikuje konstrukce tohoto akumulačního jádra a při daném objemu také snižuje jeho tepelněakumulační kapacita.

Z dokumentu CS-181852 je pak známo dvouokruhové elektrické akumulační topné zařízení, ve kterém primární vzduch proudí ventilačními kanály v akumulačním jádru a obtéká tepelný výměník, kterým proudí sekundární vzduch. Nevýhodou je zde opět vedení ventilačních kanálů skrze akumulační jádro, protože tímto se komplikuje konstrukce tohoto akumulačního jádra a při daném objemu také snižuje jeho tepelněakumulační kapacita. Také regulaci odběru tepla lze provádět pouze změnou výkonu ventilátorů v primárním a sekundárním obvodu.

Úkolem vynálezu je s přihlédnutím k uvedenému stavu techniky spolehlivé a konstrukčně poměrně nenákladné dosažení rovnoměrného a regulovatelného vybíjení celého akumulačního jádra, aniž by ventilační kanál procházel tímto akumulačním jádrem.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých elektrických akumulačních topných zařízení tohoto druhu do značné míry odstraňuje elektrické akumulační topné zařízení sestávající z akumulačního jádra, elektrických topných těles pro ohřev tohoto akumulačního jádra, nejméně jednoho ventilačního kanálu, ventilátoru, který za účelem vybíjení akumulačního jádra prohání vzduch nejméně jedním ventilačním kanálem, a z pláště, ve kterém je uloženo akumulační jádro, ventilační kanál a ventilátor a který je opatřen vstupními a výstupními otvory pro ventilační kanál, přičemž v nebo na ventilačním kanálu je uspořádán tepelný výměník, jehož nejméně jedna teplosměnná plocha je v teplosměnném styku se vzduchem proháněným ventilačním kanálem,

- 1 CZ 286368 B6 podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že mezi akumulačním jádrem a tepelným výměníkem jsou uspořádány vazební prostředky, kterými je akumulační jádro tepelně propojeno s tepelným výměníkem, přičemž nejméně část tepelného výměníku je pro regulaci tepelné vazby mezi akumulačním jádrem a tímto tepelným výměníkem uspořádána pohyblivě.

Nejméně jedna teplosměnná plocha tepelného výměníku je pro regulaci tepelné vazby uspořádána v plášti pomocí stavěcího pohonu s výhodou posuvně a/nebo výkyvné.

Uvedený stavěči pohon pro regulaci tepelné vazby mezi akumulačním jádrem a tepelným výměníkem je s výhodou regulovatelný v závislosti na regulační odchylce teploty.

Jiná alternativní nebo přídavná varianta elektrického akumulačního topného zařízení spočívá v tom, že tepelný výměník je uspořádán na držáku z materiálu s vysokým součinitelem teplotní roztažnosti a stupeň tepelné vazby mezi akumulačním jádrem a tepelným výměníkem je proměnný v závislosti na teplotě tohoto držáku.

Vazební prostředky obsahují teplovodně, s výhodou kovové prvky ve tvaru kovových desek a/nebo kovových žeber a/nebo kovových tyčí, které probíhají v tepelném styku skrze akumulační jádro směrem k tepelnému výměníku.

Jedno z alternativních provedení elektrického akumulačního topného zařízení spočívá v tom, že akumulační jádro je tvořeno kazetovými kovovými nádobami, které jsou naplněny solnou taveninou nebo solnou směsí.

Kazetové kovové nádoby jsou k sobě s výhodou sestaveny rovnoběžnými rovinnými stěnami, které tvoří vazební prostředky pro přenos tepla k tepelnému výměníku.

Tepelný výměník je s výhodou proveden jako tepelný výměník se žebrovanými trubkami.

Vazební prostředky na straně k tepelnému výměníku s výhodou obsahují nejméně jednu vrstvu z pružného teplovodného materiálu, kteráje uspořádána v přechodové oblasti mezi akumulačním jádrem a tepelným výměníkem.

Zmíněný pružný teplovodný materiál vrstvy je s výhodou tvořen rohoží z kovové vlny.

Pomocí vazebních prostředků lze teplo z akumulačního jádra odebírat a k tepelnému výměníku přenášet rovnoměrně, odtud může být teplo z poměrně koncentrovaného prostoru, to jest z prostoru teplosměnných ploch vystavených ofukování vzduchem, odváděno do vytápěného prostoru. Takto lze podstatně zkrátit ventilační kanál a také jeho konstrukce může být jednodušší. Vazební prostředky, například ve tvaru desek, tyčí nebo žeber z dobře tepelně vodivého materiálu, mohou být v akumulačním jádru rozloženy rovnoměrně a být také uvedeny v těsný styk s materiálem tohoto akumulačního jádra. Pomocí takových vazebních prostředků může být teplo dokonce i z kritických rohových oblastí odváděno podobně snadno jako ze středu akumulačního jádra provedeného jako blok.

Akumulační jádro samo může být stejně jako plášť elektrického akumulačního topného zařízení provedeno velmi kompaktně a tepelná izolace, která toto akumulační jádro obklopuje, může být volena a konstruována podle tepelněizolačních vlastností.

S ohledem na možnost měnění stupně vazby mezi akumulačním jádrem a tepelným výměníkem lze vypustit jinak obvyklou spojitou nebo nespojitou regulaci otáček ventilátoru. Zásluhou toho se zvýší uživatelský komfort, protože vybíjení lze při velmi nízkých otáčkách ventilátoru bez rušivého hluku při spínání poměrně přesně regulovat jednoduchou změnou stupně vazby, popřípadě polohy tepelného výměníku.

-2CZ 286368 B6

K měnění polohy nejméně jedné plochy tepelného výměníku slouží stavěči pohon, který je prostřednictvím regulátoru řízen v závislosti na regulační odchylce, zejména na regulační odchylce teploty.

Při odpovídajícím dimenzování a uspořádání teplosměnných ploch lze ventilátor podle okolností úplně vypustit a konvekční proudění vést podél teplosměnných ploch, ze kterých se pak teplo odvádí podobně jako ze statického akumulačního topného zařízení. Takto lze dosáhnout odvedení podstatné části akumulovaného tepla. V každém případě lze zásluhou konvekčního proudění podél teplosměnných ploch dosáhnout prodloužení intervalů, kdy je ventilátor v klidu, a přesto dosáhnout rovnoměrného vybíjení všech oblastí akumulačního jádra.

Použijí-li se jako akumulační jádro kovové nádoby naplněné solnou taveninou, nebo solnou směsí, je toto výhodné z toho důvodu, že solné taveniny a solné směsi mají vynikající tepelněakumulační vlastnosti. Solná tavenina a solná směs přilne poměrně rovnoměrně a těsně na stěny kovových nádob, které odvádějí teplo, takže na jejich koncích, v místech přestupu tepla do tepelného výměníku a na stěnách kovových nádob rovnoběžných s tepelným výměníkem je k dispozici vysoký teplotní potenciál.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují

- na obr. 1 schematický svislý řez prvním provedením elektrického akumulačního topného zařízení podle vynálezu, přičemž část akumulačního jádra je znázorněna zakiytá;

- na obr. 2 schematický pohled na obměněné provedení s tepelným výměníkem, který je posuvný za účelem měnění stupně vazby; a

- na obr. 3 schematický perspektivní pohled na část elektrického akumulačního topného zařízení se strukturou akumulačního jádra, která je zvláště vhodná pro elektrické akumulační topné zařízení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

V příkladu provedení, kterýje schematicky znázorněn na obr. 1, sestává elektrické akumulační topné zařízení podle vynálezu z pláště 1 zařízení, kterýje opatřen tepelnou izolací a je vněm vytvořena úložná komora pro akumulační jádro 2. V akumulačním jádru 2 jsou rovnoměrně rozložena elektrická topná tělesa 3 pro ohřívání tohoto akumulačního jádra 2. Akumulační jádro 2 je provedeno jako kompaktní, v podstatě uzavřený blok. Část akumulačního jádra 2 je znázorněna zakrytá, takže je patrná řada průchodů 4 v plášti 1, kterými může směrem ven vystupovat teplý vzduch z vnitřního prostoru pláště 1 a které také mohou umožňovat určité statické vybíjení akumulačního jádra 2.

Od vstupního otvoru 6, který může být opatřen clonou se vstupními otvory, vychází poměrně široký ventilační kanál 5, který prochází skrze komoru při dnu pláště 1 k výstupnímu otvoru 7 na protilehlé straně pláště 1. Za vstupním otvorem 6 je ve ventilačním kanálu 5 uspořádán ventilátor 8, který prohání vzduch směrem od vstupního otvoru 6 k výstupnímu otvoru 7, čímž se dosahuje vybíjení akumulačního jádra 2. Ventilační kanál 5 je ve znázorněném příkladu provedení na straně přivrácené k akumulačnímu jádru 2 vymezen tepelným výměníkem 10, který je proveden jako tepelný výměník se žebrovanými trubkami. Tepelný výměník 10 je na svém konci při vstupním otvoru 6 výkyvné uložen v kyvném závěsu 11 a může být pomocí

-3 CZ 286368 B6 neznázoměného stavěcího ústrojí uveden do různých úhlových poloh. V přechodové oblasti je bezprostředně na spodní straně akumulačního jádra 2 uspořádána vrstva 12 pružného teplovodného materiálu, tvořená například rohoží z kovové vlny, která je při nahoru vyklopeném tepelném výměníku 10 pružně stlačena přilehlou horní stranou tohoto tepelného výměníku J_0. Tato vrstva 12 pružného teplovodného materiálu zajišťuje výborný přenos tepla mezi tepelným výměníkem 10 a teplosměnnými plochami akumulačního jádra 2. V akumulačním jádru 2 jsou uspořádány teplovodně vazební prvky 14 provedené jako svisle probíhající kovové stěny či kovové desky, které jsou v těsném styku s materiálem akumulačního jádra 2. Prostřednictvím těchto teplovodných vazebních prvků 14 je teplo bezprostředně z akumulačního jádra 2 odváděno směrem dolů a přes vrstvu 12 pružného teplovodného materiálu na přilehlou horní stranu tepelného výměníku 10. Množství tepla přenášeného z akumulačního jádra 2 do tepelného výměníku 10 lze, jak je patrné, měnit změnou úhlové polohy tohoto tepelného výměníku 10. Největší množství tepla se přenáší v horní, čerchovaně naznačené poloze tepelného výměníku 10, kdy je tento tepelný výměník 10 v dokonalém styku se stlačenou vrstvou 12 pružného teplovodného materiálu. Nejmenší množství tepla se naopak přenáší ve spodní úhlové poloze tepelného výměníku 10, která je znázorněna plnými čarami. Stupeň vazby a tím také množství tepla odváděného prouděním vzduchu ve ventilačním kanálu 5 tedy závisí na jedné straně na teplotě akumulačního jádra 2 a na druhé straně na úhlové poloze tepelného výměníku 10 vůči tomuto akumulačnímu jádru 2. Ventilátor 8 proto může být během dlouhých aktivních intervalů provozován s rovnoměrnými nízkými otáčkami, přičemž potřebu tepla lze průběžně uspokojovat měněním úhlové polohy tepelného výměníku 10.

Místo kovových stěn lze k přenosu tepla z akumulačního jádra 2 do přechodové oblasti mezi teplovodnou rohoží 12 a tepelným výměníkem 10 použít také jiné teplovodně vazební prvky 14.

Na obr. 2 je v dílčím pohledu znázorněn příklad provedení, ve kterém je ventilační kanál 5' pomocí stavěcího pohonu 20 posuvný vůči teplosměnné ploše na spodní straně akumulačního jádra 2, které je zde znázorněno jako blok. Vhodné stavěči pohony jsou známy v mnoha provedeních, například se závitovými vřeteny nebo ozubenými tyčemi.

Na obr. 3 je v perspektivním pohledu znázorněno provedení elektrického akumulačního topného zařízení s odstraněnou horní stěnou pláště 1 a je patrná horní strana akumulačního jádra 2' a tepelná izolace 15 obklopující toto akumulační jádro 2'. Akumulační jádro 2', které je znázorněno na obr. 3, sestává z kazetových kovových nádob 14', které obsahují solnou taveninu nebo solnou směs, které tvoří akumulační médium. Taková akumulační média mají vynikající akumulační vlastnosti a umožňují rovněž vynikající přestup tepla do stěn kovových nádob 14'. Tyto kovové nádoby 14’ slouží v příkladu provedení podle obr. 3 jako teplovodně vazební prvky 14 na obr. 1 a přenášejí teplo uložené v akumulačním médiu na teplosměnné plochy na spodní straně akumulačního jádra 2'.

V rámci vynálezecké myšlenky je možná řada obměn. Například, ventilační kanál 5 může být uspořádán nad akumulačním jádrem 2 a/nebo může probíhat podél jedné z bočních stěn pláště L Při výkyvném uložení ventilačního kanálu 5 se doporučuje uspořádání ventilátoru 8 na vstupní straně, jak je toto znázorněno na obr. 1. V jiném případě však může být tento ventilátor 8 uspořádán také na výstupní straně, to jest poblíž výstupního otvoru 7. V oblasti pohyblivých konců ventilačního kanálu 5 mohou být uspořádány pohyblivé zástěrky, které tento ventilační kanál 5 při jeho pohybu utěsňují v místě přechodu.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrické akumulační topné zařízení, které sestává z akumulačního jádra (2), elektrických topných těles (3) pro ohřev tohoto akumulačního jádra (2), nejméně jednoho ventilačního kanálu (5), ventilátoru (8), který za účelem vybíjení akumulačního jádra (2) prohání vzduch nejméně jedním ventilačním kanálem (5), a z pláště (1), ve kterém je uloženo akumulační jádro (2), ventilační kanál (5) a ventilátor (8) a který je opatřen vstupními a výstupními otvory (6, 7) pro ventilační kanál (5), přičemž v nebo na ventilačním kanálu (5) je uspořádán tepelný výměník (10), jehož nejméně jedna teplosměnná plocha je v teplosměnném styku se vzduchem proháněným ventilačním kanálem (5), vyznačující se tím, že mezi akumulačním jádrem (2) a tepelným výměníkem (10) jsou uspořádány vazební prostředky (14, 12), kterými je akumulační jádro (2) tepelně propojeno s tepelným výměníkem (10), přičemž nejméně část tepelného výměníku (10) je pro regulaci tepelné vazby mezi akumulačním jádrem (2) a tímto tepelným výměníkem (10) uspořádána pohyblivě.
2. 2. Elektrické akumulační topné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jedna teplosměnná plocha tepelného výměníku (10) je pro regulaci tepelné vazby uspořádána v plášti (1) pomocí stavěcího pohonu (20) posuvně a/nebo výkyvné.
3. 3. Elektrické akumulační topné zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že stavěči pohon (20) pro regulaci tepelné vazby mezi akumulačním jádrem (2) a tepelným výměníkem (10) je regulovatelný v závislosti na regulační odchylce teploty.
4. 4. Elektrické akumulační topné zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se t i m , že tepelný výměník (10) je uspořádán na držáku z materiálu s vysokým součinitelem teplotní roztažnosti a stupeň tepelné vazby mezi akumulačním jádrem (2) a tepelným výměníkem (10) je proměnný v závislosti na teplotě tohoto držáku.
5. 5. Elektrické akumulační topné zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se t í m , že vazební prostředky (12, 14) obsahují teplovodně, s výhodou kovové prvky ve tvaru kovových desek (14) a/nebo kovových žeber a/nebo kovových tyči, které probíhají v tepelném styku skrze akumulační jádro (2) směrem k tepelnému výměníku (10).
6. 6. Elektrické akumulační topné zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se t í m , že akumulační jádro (2) je tvořeno kazetovými kovovými nádobami (14'), které jsou naplněny solnou taveninou nebo solnou směsí.
7. 7. Elektrické akumulační topné zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že kazetové kovové nádoby (14') jsou k sobě sestaveny rovnoběžnými rovinnými stěnami, které tvoří vazební prostředky (12, 14) pro přenos tepla k tepelnému výměníku (10).
8. 8. Elektrické akumulační topné zařízení podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se t í m , že tepelný výměník (10) je proveden jako tepelný výměník se žebrovanými trubkami.
9. 9. Elektrické akumulační topné zařízení podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že vazební prostředky (12, 14) obsahují nejméně jednu vrstvu (12) z pružného teplovodného materiálu, která je uspořádána v přechodové oblasti mezi akumulačním jádrem (2) a tepelným výměníkem (10).

   -5CZ 286368 B6
10. 10. Elektrické akumulační topné zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že pružný teplovodný materiál vrstvy (12) je tvořen rohoží z kovové vlny.