FI92106B - Varaava lämmitin - Google Patents

Description

92106

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (3)

7 92106

1. Varaava lämmitin käsittäen varaajan (1) lämmön varastoimista varten ja lauhduttimena toimivan lämmönvaih- 5 timen (2) varatun lämmön purkamista varten varaajan (1) sisään muodostetun höyrystystilan (3) ja lämmönvaihtimen (2) läpi kierrätyspumpun (4) avulla kierrätetyn lämmön-siirtoväliaineen, kuten veden, välityksellä, jolloin varaaja (1) käsittää rungon (5), joka on lämpöä hyvin joh-10 tavaa materiaalia, kuten rautaa, käytettäväksi lämpöä va-raavana massana, ja yhden tai useampia sähkövastuksia (6) sovitettuina kuumentamaan runkoa (5), tunnettu siitä, että höyrystystila (3, 7) rajoittuu suoraan varaa-vaan materiaaliin, jolloin lämmönsiirtoväliaine höyrystyy 15 suoraan varaavan materiaalin pinnalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmitin, tunnettu siitä, että höyrystystila muodostuu runkokappa-leiden (10) välitilasta (3).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen lämmitin, t u n-20 n e t t u siitä, että välitilaa (3) alapuolelta rajoittavan runkokappaleen (10) pinnassa on ohjausura (11) lämmön-siirtoväliainetta varten. « 92106 8