FI74345B - Taeljstensaccumulator. - Google Patents

Description

74345

VU0LUKIVTV4RAAJA

Keksinnön kohteena on vuolukivivaraaja, johon kuuluu vnraa-va massa lämmön talteenottamiseksi, varastoimiseksi ja luovuttamiseksi, joka massa on muodostettu useista rinnakkain ja päällekkäin järjestetyistä elementtiryhmistä, joihin 5 on muodostettu tilat lämpövastuksia varten ja massaan on muodostettu tilat lämpöä purkavaa ilmanvirtausta varten.

Epäkohtana lämmön varastoinnissa on ollut käytettyjen vesivarastojen suuri tilantarve, suuri eristyspinta-ala ja 10 suuret lämpöhäviöt. Suuri vesitilavuus johtaa myös suureen paisuntatilavuuteen. Varaajan sijoituksen vaatima tilakustannus yhdessä painevaippa-, eristys- ja paisun tajärjestel-mäkustannusten kanssa ovat muodostuneet esteeksi yöaikaan edullisen sähköenergian laajemmalle hyödyntämiselle. 15 Vesivaranjia ei ole voitu käyttää tehokkaasti hyödyksi muiden vnraavien massojen kanssa. Muurattujen ja vuolu-kivitulisijojen lämmönvarauskapasiteetit ovat suurimmaksi aikaa käyttämättöminä, eikä halpaa yösähköä ole niissä voitu yleensä hyödyntää. Aikaisemmin on tunnettua valmistaa 20 lämmönvaraajia, joiden elementtien sisään on sijoitettu iämraönvasLuksia ja ilmaa kierrätetään elementtien läpi. DE-hakemusjuIkaisussa 2021462 on esitetty lämmönvaraaja, johon kuuluu keraamisesta materiaalista valmistetut elementit. CII-pat eritti ju Lkaisussa 466905 on esitetty lämmönva-25 raajan elementti, joka on erityisellä tavalla muotoiltu ilmavirtauksen tehostamiseksi. Näissä julkaisuissa esitetyt läminön-varaajat ovat valmistettu kalliista materiaalista ja ne on muotoiltu erityisellä tavalla, joten laitteet ovat kalliita hankkia. Lisäksi särkyneiden elementtien vaihta-30 minen on hankalaa. Vuolukiven käytössä lämpöä varastoivana materiaalina on ollut ongelmana lämmön siirto massan sisään ja edelleen lämmön luovutus käyttötarkoitukseensa. Aiemmin käytetyt vuolukivirakenteet ovat johtaneet huonoon lämmönsiirtoon ja kiviaineksen rikkoutumiseen. Rakenteesta ja 35 lämmönsiirtotavoista johtuen kiven karbonaatti on hajonnut poistuen hiilidioksidina. Tällöin lämmönjohtokyky on rat- 2 74345 kaisevasti alentunut ja ominaislampö tilavuusyksikköä kohden pienentynyt. Perinteisillä vuolu kiven käyttötavoilla on usein ollut seurauksena kiven palaminen, ja kivet ovat menettäneet lämmönjohto- ja -varausky kynsii sekä rikkoutu-5 neet.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin vuolukivi varaa ja , jonka avulla poistetaan nykyisiin lämmönvaraajiin liittyviä epäkohtia. Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda 10 esille vuolukivivaraaja, joka on yksinkertainen rakenteeltaan ja edullinen valmistaa. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esille vuolukivivaraaja, jota voidaan käyttää varaavana lämmönlähteenä useaan eri tarkoitukseen. Keksinnön tarkoitus saavutetaan vuolukivi.varaa jalla , jolle on 15 tunnusomaista se, mitä on esitetty paienttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaan vuolukivivaraajän elementtiryhmät on muodostettu yhden koon vuolukivielemeneteistä, jotka on järjestetty päällekkäin ja vierekkäin siten, että vuoluki-20 vielementtien keskelle on järjestetty tila lämmönvastuksia varten, jotka asetetaan tilaan keskeisesti, ja siten, että vuolukivielementtien lustosuunta on aina samansuuntainen läramönsiirtymisen kanssa. Lisäksi rinnakkain järjestettyjen elementtiryhmien väliin on järjestetty tila ilmanvir-25 tausta varten. Helposti työstettävänä raaka-aineena vuolukivi on edullista. Patenttivaatimuksen 1 mukaan järjestettynä se säilyttää pysyvänä suuren ominaislämpöarvonsa (0,98 kJ/kgK). Keksinnön toimivuus perustuu yhden koon vuoiukivielemen-teistä koottuun rakenteeseen, jossa lämmön varastoinnissa 30 väistämättömät lämpötilakuormitukset eivät aiheuta mineraa-lirakenteessa kemiallisia eikä pysyviä fysikaalisia muutoksia. Keksinnön mukaan vuolukivi varaaja toimii edullisesti varaavana lämmönlähteenä ilmalämmityksessä johdettaessa lämmitettyä ilmaa tilaan, lämmitettävään elimeen tai tuli-35 sijan vaippaan. Näin rakennetussa tulisijassa halpaa yösähköä hyödynnetään vuo]ikivivaraajän avulla sekä sitä ympäröivien tulisijarakenteiden varauskyvyn avulla. Keksinnön mukaan tulisijan moninaiskäyttö lisääntyy ja se muo- 3 7 4 3 4 5 dostaa pientalon nykyaikaisen perusläramönlähteen, Lisäksi varaava yösähkölämmitys sopii erinomaisesti teollisuuteen tai vastaaviin laitoksiin, joissa sähkön kulutus on päivällä suuri, ja joissa sähkökapasiteetti on yöllä käyttämättä.

5 Keksinnön mukainen laite täyttää erittäin hyvin teknistaloudelliset vaatimukset teollisuus- ja vastaavien tilojen lämmityksessä. Sähkön tuotannolle ja jakelulle keksinnön antama hyöty on merkittävä vuorokautisen sähkön kulutuksen tasaajana.

10

Keksintöä selvitetään seuraavaksi tarkemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, jossa kuvio 1 esittää vuolukiven mineraalirakennetta, ja kuvio 2 esittää syntyviä siirtymiä, kun lampötilagradientti 15 on kohtisuorassa vuolukiven lustoja vastaan kuvio 3 esittäää syntyviä siirtymiä, kun lämpötilagradient-ti on samansuuntainen vuolukiven lustojen kanssa, kuvio 4 esittää erään vuolukivivaraajän kivielementtiä, kuvio 5 esittää erään keksinnön mukaisen vuolukivivaraajän 20 rakennetta vinosti edestä katsottuna, kuvio 6 esittää vuolukivivaiaajän hyväksikäyttöä tulisijoissa, ja kuvio 7 esittää kiertoilmalammityslaitteen kaaviota, jossa varaavana lämmön lähteenä on vuolukivi varaaja.

25

Kuvio 1 esittää vuolukiven mineraalirakennetta, joka on poikkeuksetta epähomogeeninen. Mineraalit talkki Mg^Si^O^Q (OH2) 40.. .50 tilavuusprosenttia, magnesiitti MgCO^ 40...50 tilavuusprosenttia ja penniniitti Mg^Al^SigO^COIOg 5...8 30 tilavuusprosenttia ovat kerrostuneet satunnaisiksi ohuiksi levy- ja linssikerrostumiksi. Kerrostumien koko ja muoto ovat satunnaiset, mutta kerrostumat ovat aina samansuuntaiset. Vuolukivessä kerrosten suuntaa sanotaan lustosuunnak-si. Mineraalien kimmomodulit, lämpö I aajencmiskcrtoimet ja 35 lämmönjohtokyky ovat erisuuruiset.

4 74345

Kuvio 2 esittää kimmottoman vuolukiven lämpölaajenemisen aiheuttamia siirtymiä Δ1, kun lämpövirta Φ siirtyy suunnassa s, lämpötilaerolla t -t kohtisuoraan lustojen läpi. Lujuutta omaavassa todellisessa vuolukivessä äärettömän 5 ohuilla mineraalikerrosten rajapinnoilla tapahtuu siirtymiä, jotka helposti johtavat liukumiin kerrosten välillä.

Tällöin rajapinnalla tapahtuu voimakas lämmönjohtokyvyn heikkeneminen ja lämpötilan t nousu, joka puolestaan johtaa kemiallisiin ja fysikaalisiin muutoksiin sekä rikkoontu-10 miseen lämpöä vastaanottavissa pintakerroksissa.

Kuvio 3 esittää lämpövirran Φ siirtymistä suunnassa s, lämpötilaerolla t -tn pitkin vuolukiven mineraali lusto ja. Myös tässä mahdollisesti tapahtuu liukumia mineraalikerrosten 15 rajapinnoilla. Koska lämpö siirtyy pitkin lustoja, eivät liukumat vaikuta suunnassa s lämmönjohtokykyyn. Tällöin ei myöskään haitallista lämpötilan nousua voi tapahtua.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaista vuolukivivaraajän kivi-20 elementtiä KE, jossa esitetyt haitat on minimoitu varaajassa esiintyvien lämpötilojen ja lämpöjännitysten suhteen. Mittasuhteet ovat tässä sovellutuksessa s=y, l=4s.

Kuvio 5 esittää kivielementeistä kootun vuolukivi varaajän 25 rakennetta. Varaaja on koottu kuviossa 4 esitetyistä elementeistä KE niin, että lämmönvirtausuunta s on sama kuin lustosuunta. Vastustilan V ja ympärillä olevien kivi-elementtien KE muodostamia elementtiryhmiä ER voi olla useita rinnan ja päällekkäin. Varaaja lämmitetään vastus-30 tiloihin V asetetuilla sähkövastuksilla. Lämpö puretaan vastustilan V ja rinnakkaisten elementtiryhmien ER välissä olevan konvektiotilan K läpi tapahtuvalla ilmavirtauksella.

Kuvio 6 esittäää tulisijaa, johon on sijoitettu vuolukivi-35 varaaja. Varaajalla VV hyödynnetään samalla tulisijalla itsellään olevaa lämmönvarastointikykyä ja ominaisuutta toimia lämpöä jakavana elimenä huonetilassa. Samalla va- 5 74345 raaja toimii esilömmittimenä, jolloin uuni U on pienellä puumäärällä lyhyessä ajassa paistokunnossa. Lämpö siirtyy varaajasta VV eristysvaipan E läpi teholla Φ^, jolla saadaan peruslämpö tulisijaan. Lämpötilan säätö tulisijassa 5 tapahtuu konvektiovirtauksen mukana tapahtuvana lämmönsiirtona . Konvektiovirtaus tapahtuu omavoimaisesti tai koneellisesti. Omavoimaisen konvektion edistämiseksi varaaja VV on nouseva virtaussuunnassa. Tulisijan ja edelleen huonelämpötilan säätämiseksi on varaajassa pelti tai puhal-10 Iin P, jota ohjaa säädin TC tulisijan lämpötilan TE1 ja huonelämpötilan TE2 mukaan. Lämpö luovutetaan huoneeseen tulisijarakenteessa olevan toisiokonvektiotilan TK lämmittämän ilmavirtauksen avulla teholla ja luonnollisena säteilynä ja konvektiona tulisijan uikovaipasta teholla 15 Φςκ* Vuolukivivaraaja lämmittää myös tulisijassa olevan käyttövesivaraajän LV ja antaa tarvittavan lämmön ilmaläm-mityksen lämmönvaihtimelle IL.

Kuvio 7 esittää kaaviokuvaa teollisuus- tai vastaavan tilan 20 varaavasta kiertolämmityslaitteesta. Lämmitettävä ilma tulee huonetilasta jakotilaan JT, josta osa virtausta ote-: taan puhaltimen F avulla vuolukivivaraajaan VV, josta se ohjataan lämmenneenä sekoitustilaan ST lämmittämään kierto-ilman päävirtausta. Päävirtaus eli kiertoilma lämmittää 25 huonetilan. Päävirtaus kulkee jakotilasta JT säätöpellin SP kautta sekoitustilaan ST. Säätöpelti toimii virtaus-ja painesuhteita tasapainoittavana elimenä. Lämmöntalteen-otolla LTO varustettu ilmanvaihto on kytketty rinnan vuolu-kivivaraajan VV lämmityskierron kanssa. Huonetilaan t.ule-30 van ilman lämpötilan säätö tapahtuu muuntamalla puhaltimen F kierrosnopeutta lämpötila-automatiikan TC, TE1, TE2 ohjaaman jännitemuuntajän UM avulla.

Claims (2)

74345 PATENTTIVAATIMUKSET / t w> t ^

1. Vuolukivivaraaja, johon kuuluu varaava massa lämmön talteenottamiseksi, varastoimiseksi ja luovuttamiseksi, joka massa on muodostettu useista rinnakkain ja päällekkäin järjestetyistä elementtiryhmistä (ER), joihin on muodostet- 5 tu tilat (V) lämmönvastuksia varten ja massaan on muodostettu tilat (V, K) lämpöä purkavaa ilmanvirtausta varten, tunnettu siitä, että elementtiryhmät on muodostettu yhdenkoon vuolukivielementeistä (KE), jotka on järjestetty päällekkäin ja vierekkäin siten, että vuolukivielementtien 10 keskelle on järjestetty tila (V) lämmönvastuksia varten, jotka asetetaan tilaan keskeisesti, ja siten, että vuolukivielementtien lustosuunta (s) on aina samansuuntainen lämmön siirtymisen kanssa ja, että rinnakkain järjestettyjen elementtiryhmien väliin on järjestetty tila (K) ilman-15 virtausta varten.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vuolukivivaraajaa, tunnettu siitä, että se toimii varaavana lämmön-lähteenä ilmalämmityksessä johdettaessa lämmitettyä ilmaa 20 tilaan, lämmitettävään elimeen tai tulisijan vaippaan. t