9210692106
Varaava lämmitin Tämän keksinnön kohteena on varaava lämmitin käsittäen varaajan lämmön varastoimista varten ja lämmönvaihti-5 men varatun lämmön purkamista varten varaajan sisään muodostetun kanavan ja lämmönvaihtimen läpi kierrätyspumpun avulla kierrätetyn lämmönsiirtoväliaineen, kuten veden, välityksellä, jolloin varaaja käsittää rungon, joka on lämpöä hyvin johtavaa materiaalia, kuten rautaa tai keraa-10 mistä ainetta, käytettäväksi lämpöä varaavana massana, tai yhden tai useampia sähkövastuksia sovitettuina kuumentamaan runkoa.The present invention relates to a storage heater comprising a storage tank for storing heat and discharging the heat stored in the heat exchanger through a duct formed in the storage tank and a heat transfer medium recirculated by a recirculation pump, such as water, the storage tank comprising a heat-conducting body , such as iron or co-10, for use as a heat storage mass, or one or more electrical resistors adapted to heat the body.
Oleellisesti yllä kuvatun tyyppinen lämmönvaraajan ja lämmönvaihtajan käsittävä järjestelmä tunnetaan DE-ha-15 kemusjulkaisusta 3341676. Tässä järjestelmässä syötetään termosifoni-ilmiön avulla vettä lämmönvaraajaan ja höyry ohjataan lämmönvaihtimeen lämmön siirtämiseksi varaajasta lämmönvaihtimeen ja siitä edelleen käyttökohteeseen, kuten esimerkiksi lämmitysjärjestelmän kiertoveteen. Tässä lait-20 teistossa vesivarastona toimiva lämmönvaihdin sijaitsee varaajan yläpuolella, mutta kuitenkin siten, että vesi ei pääse varaajaan muuta kuin termosifoni-ilmiön aikaansaavan lämmitysvastuksen ollessa kytkettynä toimintaan. Tällainen ohjaus on suhteellisen epätarkka ja hidas. Jos varaaja pu-25 retaan täysin jää vesi höyrystystilaan mistä se joudutaan ennen varaajan varsinaista kuumentamista höyrystämään pois.A system comprising a heat accumulator and a heat exchanger of the type described above is known from DE-ha-15 3341676. In this system, water is supplied to the heat accumulator by means of a thermosiphon effect and steam is directed to the heat exchanger to transfer heat from the accumulator to the heat exchanger and further to the application. In this apparatus, the heat exchanger acting as a water reservoir is located above the accumulator, but in such a way that the water does not enter the accumulator except when the heating element causing the thermosiphon effect is switched on. Such control is relatively inaccurate and slow. If the accumulator pu-25 is completely left, the water remains in the evaporation space from which it has to be evaporated before the accumulator is actually heated.
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on tuoda esiin lämmönvaraajan ja lämmönvaihtimen muodostama järjestelmä, 30 jossa lämmönvaraajan purkausnopeus on aseteltavissa hyvin laajoissa rajoissa hyvin yksinkertaisin välinein. Täten tätä järjestelmää voidaan soveltaa esimerkiksi huonekoh-taisena lämmittimenä tai myös vesikeskuslämmitysjärjestel-män tai ilmalämmitysjärjestelmän keskusyksikkönä. Tähän on 35 päästy keksinnön mukaisella varaavalla lämmittimellä, joi- . · 92106 2 le on tunnusomaista, että höyrystystila rajoittuu suoraan varaavaan materiaaliin, jolloin lämmönsiirtoväliaine höyrystyy suoraan varaavan materiaalin pinnalla. Tällainen käyttötapa mahdollistaa hyvin yksinkertaisin välinein te-5 hokkaan purkausnopeuden säädön, koska purkaus on suoraan riippuvainen varaajaan syötetyn veden määrästä, joka puolestaan on yksinkertaisesti aseteltavissa joko kierrätys-pumpun kierrosnopeutta muuttamalla tai asettelemalla kier-rätyspumpun ja varaajan väliseen putkijohtoon sovitettua 10 venttiiliä. Koska varaavana materiaalina käytetään rautaa, jonka lämmönjohtavuus on hyvä, ei varaavaan massaan synny kuin muutaman asteen lämpötilagradientteja, vaikka purkaminen tapahtuisi täydellä teholla. Tämän johdosta varaajaa voidaan purkaa hyvin tasaisella teholla. Koska varaava 15 massa on tavallista rautaa, on se myös helposti hitsattavissa ja höyrystystila voidaan siten helposti tiivistää hitsisaumojen avulla.The object of the present invention is to provide a system formed by a heat accumulator and a heat exchanger, in which the discharge rate of the heat accumulator can be set within a very wide range by very simple means. Thus, this system can be applied, for example, as a room-specific heater or also as a central unit for a water central heating system or an air heating system. This has been achieved with a storage heater according to the invention, which-. · 92106 2 le is characterized in that the evaporation space is directly confined to the charging material, whereby the heat transfer medium evaporates directly on the surface of the charging material. Such a mode of operation enables efficient discharge rate control by very simple means, since the discharge is directly dependent on the amount of water fed to the accumulator, which in turn can be easily adjusted either by changing the speed of the recirculation pump or by adjusting the valve line between the recirculation pump and the accumulator. Because iron with good thermal conductivity is used as the charging material, temperature gradients of only a few degrees are generated in the charging mass, even if the discharge takes place at full power. As a result, the accumulator can be discharged at a very constant power. Since the charging mass 15 is ordinary iron, it is also easily weldable and the evaporation space can thus be easily sealed by means of weld seams.
Seuraavassa keksinnön mukaisen varaavan lämmittimen yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon rakennetta kuvataan 20 yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää poikkileikkauksen keksinnön mukaisen lämmittimen esimerkinomaisesta suoritusmuodosta ja kuvio 2 esittää varaajan rungon yhden kerroksen 25 päältä päin nähtynä.The structure of one exemplary embodiment of the storage heater according to the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a cross-section of an exemplary embodiment of a heater according to the invention and Figure 2 shows a top view of one layer 25.
Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen varaavan lämmittimen esimerkinomainen suoritusmuoto. Lämmitin käsittää lämmönvaraajan 1 ja lämmönvaihtimen 2, jotka on yhdistetty toisiinsa toisaalta höyrykanavan 11 välityksellä, 30 joka tuo höyryn varaajasta lauhduttimena toimivalle läm-mönvaihtimelle, ja toisaalta lauhduttimelta lähtevän lauh-deputken 12, lauhdesäiliön 13 ja lauhdesäiliöltä kierrätys pumpun 4 kautta varaajaan johdetun putkijohdon 8 välityksellä. Tällä tavoin muodostuu suljettu kiertopiiri, 35 jossa lämmönvaihtoväliainetta, edullisimmin vettä, kier- • « 3 92106 rätetään varaajan 1, lämmönvaihtimen 2 ja lauhdesäiliön 13 kautta. Lämmönvaihtimelta 2, joka keksinnön mukaisessa tapauksessa on aina lauhdutin, lämpö voidaan johtaa haluttuun käyttökohteeseen, kuten huoneilmaan, ilmalämmitys-5 järjestelmän syöttöilmaan tai keskuslämmitysjärjestelmän kiertoveteen. Oleellista keksinnön kannalta on, että läm-mönsiirtoväliaineen, kuten veden, sallitaan vapaasti höyrystyä heti sen jouduttua lämmönvaraajan sisään muodostettuun höyrystystilaan 3, jossa vesi höyrystyy suoraan va-10 raavan materiaalin pinnalla. Höyry johdetaan sitten varaajan sisällä olevan pystyasentoisen purkauskanavan 7 ja höyrykanavan 11 kautta lauhduttimelle 2. Koska lauhdutti-melle tuotavan höyryn lämpötila on suhteellisen vakio ainakin silloin, kun varaavan massan lämpötila varaajassa 15 ylittää oleellisesti 100 °C, niin varaajasta purettu lämpömäärä riippuu yksinomaisesti sen kautta johdetun veden määrästä. Täten lämmön purkamista varaajasta voidaan ohjata hyvin yksinkertaisesti ja tarkasti säätämällä sen kautta johdetun veden määrää. Tällainen vesimäärän säätö 20 voidaan helposti aikaansaada joko ohjaamalla kierrätys-pumppua 4 tai vielä yksinkertaisemmin asettelemalla kier-rätyspumpun ja varaajan välisessä putkijohdossa 8 olevaa venttiiliä 9. Tällä tavoin voidaan hyvin yksinkertaisella tavalla aikaansaada haluttu lämmön luovutus varaajasta 1.Figure 1 shows an exemplary embodiment of a charging heater according to the invention. The heater comprises a heat accumulator 1 and a heat exchanger 2, which are connected to each other by means of a steam duct 11, which supplies steam from the accumulator to the heat exchanger acting as a condenser, and . In this way, a closed circuit is formed, in which the heat exchange medium, most preferably water, is circulated through the accumulator 1, the heat exchanger 2 and the condensate tank 13. From the heat exchanger 2, which in the case of the invention is always a condenser, the heat can be conducted to the desired application, such as room air, supply air of the air heating system 5 or circulating water of the central heating system. It is essential for the invention that the heat transfer medium, such as water, is allowed to evaporate freely as soon as it enters the evaporation space 3 formed inside the heat accumulator, where the water evaporates directly on the surface of the material. The steam is then passed through a vertical discharge channel 7 and a steam channel 11 inside the accumulator to the condenser 2. Since the temperature of the steam supplied to the condenser is relatively constant at least when the temperature of the storage mass in the accumulator 15 substantially exceeds 100 ° C the amount of water. Thus, the discharge of heat from the accumulator can be controlled very simply and precisely by adjusting the amount of water passed through it. Such a water volume control 20 can easily be achieved either by controlling the recirculation pump 4 or even more simply by arranging a valve 9 in the pipeline 8 between the recirculation pump and the accumulator. In this way the desired heat transfer from the accumulator 1 can be achieved in a very simple manner.
25 Kuviossa 1 esitetyn lämmönvaraajan 1 runko 5, joka on lämpöä hyvin johtavaa materiaalia, kuten rautaa tai keraamista ainetta, ja joka toimii lämpöä varaavana massana, on muodostettu useista laatoista 10, joita on pinottu esitetyllä tavalla päällekkäin. Joka toiseen laattojen 30 välitilaan on sovitettu sähkövastuksia, kuten putkivastuksia 6 massan kuumentamiseksi ja joka toinen välitila on muodostettu höyrystyätilaksi 3. Sähkövastusten 6 avulla varaavan massan lämpötila on kuumennettavissa noin lämpötilaan 600 °C. Jotta vastusten 6 ja laattojen 10 välinen 35 kosketus saadaan hyväksi, voidaan laatat latoa oleellises- « 4 92106 ti suoraan vastusten 6 päälle. Tällä tavoin vastukset 6 painuvat kahdelta puolelta suhteellisen raskaita laattoja 10 vasten. Jotta kuitenkin estettäisiin vastusten 6 litistyminen, voidaan, kuten kuviossa 1 on esitetty, sovittaa 5 laattojen 10 reunojen väliin tukikappaleet 14. Vastuksille 6 varatut laattojen 10 välitilat on lisäksi erotettu purkauskanavasta 7 tukikappaleiden ja tiivisteen muodostamalla renkaalla 15, joka estää täten myös höyryn pääsyn suoraan kosketukseen vastusten 6 kanssa. Höyrystystilat 3, 10 jotka on myös muodostettu laattojen 10 välitiloihin, on puolestaan aikaansaatu vastaavalla tavalla sovittamalla laattojen 10 ulkokehälle tukikappaleet 16, jotka aikaansaavat halutun laattojen välisen etäisyyden. Jotta estetään höyryä purkautumasta näiden tukikappaleiden 16 ohit-15 se, on ne varustettu lisäksi soveliailla tiivisteillä. Rungon 5 ulkopuolelle on sovitettu ensimmäisenä kerroksena lämmönkestävä eriste 17 ja sen ympärille edelleen suhteellisen vahva lisäeristys 18, jotta estetään varaajan lämmön purkautuminen lämpösäteilynä ympäristöön.The body 5 of the heat accumulator 1 shown in Fig. 1, which is a highly thermally conductive material such as iron or a ceramic material and which acts as a heat accumulating mass, is formed of a plurality of plates 10 stacked on top of each other as shown. Electrical resistors, such as tube resistors 6, are arranged in every other intermediate space of the plates 30 and every other intermediate space is formed as a vaporization space 3. By means of the electric resistors 6, the temperature of the charging mass can be heated to about 600 ° C. In order to facilitate the contact 35 between the resistors 6 and the plates 10, the plates can be stacked substantially directly on the resistors 6. In this way, the resistors 6 press against the relatively heavy plates 10 on two sides. However, in order to prevent the resistors 6 from flattening, as shown in Fig. 1, support pieces 14 can be arranged between the edges of the plates 10. The intermediate spaces of the plates 10 reserved for resistors 6 are further separated from the discharge channel 7 by a ring 15 formed by supports and seal. with resistors 6. The evaporation spaces 3, 10, which are also formed in the intermediate spaces of the tiles 10, are in turn provided in a corresponding manner by fitting support pieces 16 on the outer circumference of the tiles 10, which provide the desired distance between the tiles. In order to prevent steam from escaping past these support members 16, they are additionally provided with suitable seals. A heat-resistant insulator 17 is arranged as a first layer on the outside of the body 5 and a further relatively strong additional insulation 18 is arranged around it in order to prevent the heat of the accumulator from dissipating as thermal radiation into the environment.
20 Kuviossa 2 on esitetty varaajan rungon 5 yksi laat ta 10 päältä nähtynä. Tästä kuviosta 2 ilmenee, että laatan 10 yläpinnalle, jolla vesi höyrystyy, on muodostettu ohjausura 11 veden ohjaamiseksi sopivaa reittiä pitkin ennenkuin se pääsee purkauskanavaan 7. Tarkoituksena on, 25 että laatan 10 lämpö saadaan purettua tasaisesti ja toisaalta varmistaa veden höyrystyminen ennen sen joutumista purkauskanavaan 7. Jos kuitenkin purkauskanavaan joutuu nestemäistä vettä, se saadaan ohjattua lauhdesäiliöön 13 purkauskanavan 7 pohjalle sovitetun putkijohdon 19 kautta. 30 Keksinnön mukaisen varaavan lämmittimen toiminta on seuraavanlainen. Ensiksi edullisimmin yösähkön avulla kuumennetaan varaajan sydän haluttuun lämpötilaan, joka voi olla esimerkiksi mainitut 600 °C. Luonnollisesti voidaan käyttää myös alhaisempia lämpötiloja erityisesti silloin, 35 kun vuorokautinen lämmöntarve jää pienemmäksi kuin varaa- * 5 921 06 jän kapasiteetti. Ensi kertaa varaajan purkausta aloitettaessa sekä välitilat 3, purkauskanava 7 että höyrykanava 11 ovat täynnä ilmaa. Tämä ilma on yksinkertaisesti poistettavissa. Kun höyrystystilaan syötetään vettä, se höy-5 rystyy, ja syötetyn veden määrän ollessa riittävä on mainittuihin tiloihin muodostunut kylläistä vesihöyryä, joka on työntänyt ilman edellään lauhdesäiliöön 13. Säiliöstä 13 ilma on poistettavissa ilmausventtiilin 20 avulla. Tämän ilmaustoimenpiteen johdosta mahdollistetaan laitteis-10 ton käyttö myös silloin, kun varaavan massan lämpötila on alle 100 °C. Tällöin nimittäin paine höyrystystilassa ja höyrykanavassa laskee alle ilmakehän paineen, mikä edelleen mahdollistaa veden höyrystämisen kyseisessä tilassa ja lämmön luovutuksen varaavasta massasta. Sen jälkeen, 15 kun kiertopiiri on ilmattu, voidaan aloittaa lauhduttimen 2 purkaminen eli lämmönsiirto haluttuun käyttökohteeseen varaajasta 1. Varaajan purkamista varaajan eri osista ohjataan asettelemalla venttiileitä 9 esimerkiksi lämpötila-mittauksiin perustuvan ohjauksen avulla. Lämpötila-antu-20 reita 21 voi olla sijoitettuina esimerkiksi kunkin lämmi-tysvastuskerroksen 6 läheisyyteen. Ohjaamalla venttiileitä 9 voidaan purkaus aloittaa esimerkiksi sydämen 5 yläosasta ja jatkaa sitä tasaisesti alaspäin sillä tavoin, että varaavan massan lämpötila pysyy kauttaaltaan oleellisen va-25 kiona. Tällaisesta vakiolämpötilaisuudesta, joka on muutoinkin luonteenomaista keksinnön mukaisen varaajan varaa-valle massalle, seuraa, että vastusten 6 käyttöikä muodostuu erittäin pitkäksi. Ne eivät nimittäin tällä tavoin joudu alttiiksi nopeille lämpötilamuutoksille.Figure 2 shows a top view of one plate 10 of the accumulator body 5. It can be seen from this figure 2 that a guide groove 11 is formed on the upper surface of the slab 10 on which the water evaporates to guide the water along a suitable path before it enters the discharge channel 7. It is intended that the heat of the plate 10 be dissipated evenly. However, if liquid water enters the discharge channel, it can be directed to the condensate tank 13 via a pipeline 19 arranged at the bottom of the discharge channel 7. The operation of the charging heater according to the invention is as follows. First, most preferably, the core of the accumulator is heated to the desired temperature, which may be, for example, said 600 ° C, by means of night electricity. Of course, lower temperatures can also be used, especially when the daily heat demand is less than the storage capacity. When the discharge of the accumulator is started for the first time, both the intermediate spaces 3, the discharge duct 7 and the steam duct 11 are full of air. This air is simply removable. When water is introduced into the evaporation space, it is steam-5, and when the amount of water supplied is sufficient, saturated water vapor has formed in said spaces, which has pushed the air further into the condensate tank 13. The tank 13 can be deaerated by means of a vent valve 20. As a result of this aeration operation, it is possible to use the equipment even when the temperature of the charging mass is below 100 ° C. In this case, the pressure in the evaporation space and in the steam duct falls below atmospheric pressure, which further makes it possible to evaporate the water in that space and to transfer heat from the storage mass. After the circuit 15 has been vented, it is possible to start discharging the condenser 2, i.e. heat transfer to the desired application from the accumulator 1. Disassembly of the accumulator from different parts of the accumulator is controlled by setting valves 9, for example based on temperature measurements. The temperature sensor 20 can be located, for example, in the vicinity of each heating resistor layer 6. By controlling the valves 9, the discharge can be started, for example, from the top of the core 5 and continued evenly downwards in such a way that the temperature of the charging mass remains substantially constant throughout. It follows from such a constant temperature, which is otherwise characteristic of the charging mass of the accumulator according to the invention, that the service life of the resistors 6 becomes very long. In this way, they are not exposed to rapid temperature changes.
30 Kuvion 1 mukaisessa järjestelyssä on lisäksi esi tetty valinnaisena vaihtoehtona mahdollisuus ruiskuttaa pumpun 22 avulla vettä lauhdevesisäiliöstä 13 höyrystys-kanavaan 11 siihen sovitetun suuttimen 23 välityksellä. Tällainen ruiskutus tarvitaan kun varaajasta ulos tuleva 35 höyry jostain syystä tulistuu liikaa. Kun esimerkiksi 6 92106 lauhduttimen mitoitus lämpötila ylittyy, voidaan ruiskutuksella laskea tulistusastetta ja saattaa höyry kylläiseksi ja oikeaan lämpötilaan.In the arrangement according to Fig. 1, it is further provided as an optional alternative the possibility of injecting water from the condensate tank 13 into the evaporation channel 11 by means of a pump 22 by means of a nozzle 23 arranged therein. Such spraying is required when, for some reason, the steam 35 coming out of the accumulator overheats. For example, when the design temperature of the 6 92106 condenser is exceeded, the degree of superheating can be reduced by spraying and the steam can be saturated and at the correct temperature.
Yllä keksinnön mukaista lämmitintä on kuvattu vain 5 yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla ja on ymmärrettävää, että sitä voitaisiin rakenteellisesti muuttaa oleellisestikin poikkeamatta kuitenkaan oheisten patenttivaatimusten määrittelemästä suojapiiristä ja siitä keksinnön mukaisesta menettelytavasta, jolla aikaansaadaan valo raajan täysin hallittavissa oleva purkaus. Täten varaajaan voitaisiin aivan hyvin liittää useita tavallaan rinnakkaisia lämmönvaihtimia esimerkiksi samanaikaista lämpimän käyttöveden ja keskuslämmitysjärjestelmän kiertoveden lämmitystä varten.The heater according to the invention has been described above by means of only one exemplary embodiment and it is understood that it could be structurally modified without departing from the scope defined by the appended claims and the method according to the invention for providing a fully controllable discharge of light limb. Thus, several kind of parallel heat exchangers could be connected to the accumulator, for example for simultaneous heating of domestic hot water and the circulating water of the central heating system.