GR1009371B

GR1009371B - Solar closed-circuit natural-circulation geyser equipped with internal high-pressure heat exchanger, expansion vessel and safety valve

Info

Publication number: GR1009371B
Application number: GR20170100292A
Authority: GR
Inventors: Πανος Κωνσταντινου Λαμαρης
Original assignee: Σολε Αε
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2018-10-01

Abstract

Novelty: a solar closed-circuit natural-circulation geyser equipped with internal high-pressure heat exchanger and internal expansion vessel is disclosed. Constitution: the water boiler 6, the solar collector 7 and subsidiary elements. The heating liquid of the closed circuit is heated up by the sun in the copper reservoir of the solar collector 7 before being drawn, through the copper tube 3, to the internal heat exchanger 10 of the water tank of the boiler 6 where the usage water will be heated up by the above heating liquid; in the sequel, said heating liquid exits from the boiler through the copper tube 4 and returns again to the reservoir of the solar collector 7 through the tube 5. (see,figures: 1,2) Advantages: low construction cost and safe operation of the geyser due to its internal expansion vessel and its resistance to high operational pressure.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ: DESCRIPTION:

ΗΛΙΑΚΟΣ!ΘΕΡΜΟΣΙΦΩΝΑΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ SOLAR!PHYSICS CLOSED CIRCUIT HEATER

ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΜΕ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ ΥΨΗΛΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΧΩΡΙΣ TRAFFIC WITH INTERNAL HIGH PRESSURE ALTERNATOR WITHOUT

ΔΟΧΕΙΟ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ ΧΩΡΙΣ ΒΑΛΒΙΔΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ EXPANSION TANK WITHOUT SAFETY VALVE

Η εφεύρεση αναφέρεταί σε ηλιακούς θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος φυσικής κυκλοφορίας οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης και συγκεκριμένα στον τύπο του εναλλάκτη που χρησιμοποιείται στο μπόιλερ. The invention refers to natural circulation closed circuit solar water heaters which are used to produce domestic hot water and specifically to the type of exchanger used in the boiler.

Στην εφεύρεση αυτή, το μπόιλερ συναρμολογείται επάνω στη βάση του συλλέκτη και ψηλότερα από αυτόν έτσι ώστε η ροή του υγρού του κλειστού κυκλώματος να γίνεται με φυσικό τρόπο. Το υγρό το οποίο βρίσκεται μέσα στο χάλκινο απορροφητή, θερμαίνεται με τη βοήθεια του ήλιου και με φυσική κυκλοφορία ανεβαίνει προς την έξοδο του απορροφητή στο άνω τμήμα του συλλέκτη. Στη συνέχεια, το θερμό πλέον υγρό του κλειστού κυκλώματος μεταφέρεται στο μπόιλερ, μέσω ενός χαλκοσωλήνα που συνδέει το μπόιλερ με το συλλέκτη. Έπειτα εισέρχεται στον εσωτερικό εναλλάκτη του μπόιλερ θερμάίνοντας με αυτόν τον τρόπο το νερό χρήσης του ανοικτού κυκλώματος που βρίσκεται μέσα στο δοχείο θέρμανσης και από εκεί μεταφέρεται από την έξοδο του μπόιλερ στην είσοδο του απορροφητή στο κάτω μέρος του συλλέκτη μέσω ενός χαλκοχωλπνα. In this invention, the boiler is mounted on the base of the collector and higher than it so that the liquid flow of the closed circuit is done in a natural way. The liquid which is inside the copper absorber is heated with the help of the sun and with natural circulation rises towards the outlet of the absorber in the upper part of the collector. Then, the now warm liquid of the closed circuit is transferred to the boiler, through a copper pipe that connects the boiler to the collector. It then enters the boiler's internal exchanger, thus heating the open-circuit water inside the heating tank, and from there it is transferred from the boiler outlet to the absorber inlet at the bottom of the collector through a copper funnel.

0 εσωτερικός εναλλάκτης είναι τοποθετημένος με τέτοια κλίση και η σύνδεσή του με τον χάλκινο σωλήνα γίνεται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να δημιουργείται ένα κενό στο άνωθεν μέρος της εισόδου του εναλλάκτη το οποίο λειτουργεί σαν δοχείο διαστολής. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η αποσυμπίεση του υγρού το οποίο διαστέλλεται εξαιτίας της αυξανόμενης θέρμανσης από τον συλλέκτη και έτσι εισέρχεται στον κενό χώρο που αναφέρεται παραπάνω. The internal exchanger is placed with such an inclination and its connection to the copper pipe is made in such a way that a gap is created in the upper part of the exchanger inlet which acts as an expansion vessel. In this way, the decompression of the liquid is achieved, which expands due to the increasing heating from the collector and thus enters the empty space mentioned above.

Τα πλεονεκτήματα της εφεύρεσης αυτής είναι ότι το μπόιλερ έχει έναν εσωτερικό εναλλάκτη, μέσα στον οποίο ρέει το υγρό του κλειστού κυκλώματος, που αποτελείται από σωλήνα κυλινδρικής ή ορθογωνικής διατομής ικανού πάχους με εξόδους χάλκινου ή ανοξείδωτου σωλήνα, πράγμα το οποίο μειώνει κατά πολύ το κόστος κατασκευής. Επιπλέον, λόγω των υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κλειστού κυκλώματος (εναλλάκτης - υδροσκελετός συλλέκτη), αυτό αντέχει σε πίεση μέχρι και 22,5 bar (πιστοποίηση της TUV NORD HELLAS). Ένα άλλο πλεονέκτημα της παρούσας εφεύρεσης είναι πως τμήμα του εναλλάκτη χρησιμοποιείται και ως δοχείο διαστολής λόγω της κλίσης της τοποθέτησής του. Τέλος, λόγω της μεγάλης αντοχής του σε υψηλή πίεση, δεν χρειάζεται ασφαλιστική βαλβίδα. Αξίζει να αναφερθεί πως στην παρούσα εφεύρεση μπορεί να γεμίσει πρώτα το κλειστό κύκλωμα του εναλλάκτη και κατόπιν το δοχείο θέρμανσης, κάτι που δεν ισχύει στα ηλιακά συστήματα με μανδύα για εναλλάκτη . The advantages of this invention are that the boiler has an internal exchanger, in which the liquid of the closed circuit flows, consisting of a pipe of cylindrical or rectangular cross-section of sufficient thickness with copper or stainless steel pipe outlets, which greatly reduces the cost of construction . In addition, due to the materials used for the construction of the closed circuit (exchanger - hydroskeleton collector), it can withstand a pressure of up to 22.5 bar (TUV NORD HELLAS certification). Another advantage of the present invention is that part of the exchanger is also used as an expansion tank due to the slope of its placement. Finally, due to its high resistance to high pressure, it does not need a safety valve. It is worth mentioning that in the present invention the closed circuit of the exchanger can be filled first and then the heating container, which is not the case in solar systems with a mantle for an exchanger.

Ο συνήθης τύπος εναλλάκτη που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση ενός μπόιλερ είναι ο μανδύας, ένα διπλό τοίχωμα από λαμαρίνα το οποίο τοποθετείται εξωτερικά του εσωτερικού δοχείου θέρμανσης. Μέσα σε αυτό το διπλό τοίχωμα ρέει υγρό του κλειστού κυκλώματος απ' όπου μεταφέρεται η ενέργεια από το συλλέκτη στο μπόιλερ. The usual type of exchanger used to heat a boiler is the jacket, a double wall of sheet metal which is placed on the outside of the inner heating vessel. Inside this double wall, closed circuit fluid flows from where the energy is transferred from the collector to the boiler.

Ο τρόπος αυτός παρουσιάζει το μειονέκτημα του μεγαλύτερου κόστους και πολυπλοκότητας της κατασκευής καθώς χρησιμοποιείται λαμαρίνα η οποία θα πρέπει να υποστεί πολλές κατεργασίες και να γίνουν οι απαραίτητες συγκολλήσεις ώστε να βγει το αποτέλεσμα ενός κυλινδρικού και στεγανού μανδύα. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι ο μανδύας ενός τέτοιου μπόιλερ δεν αντέχει σε υψηλές πιέσεις λόγω του μικρού πάχους της λαμαρίνας. Περαιτέρω, είναι απαραίτητη η χρήση εξωτερικού δοχείου διαστολής και βαλβίδας ασφαλείας. Επίσης σε αυτόν τον τύπο μπόιλερ πρέπει πρώτα να γεμίσει το νερό χρήσης και κατόπιν ο μανδύας καθώς στην αντίθετη περίπτωση υπάρχει ο κίνδυνος κατάρρευσης των τοιχωμάτων του μπόιλερ λόγω της υπερπίεσης από τα υγρά του κλειστού κυκλώματος σε περίπτωση που υπάρχει χρονική διαφορά μεταξύ των δύο πληρώσεων . This method presents the disadvantage of greater cost and complexity of the construction as sheet metal is used which will have to be subjected to many treatments and the necessary weldings to be made in order to obtain the result of a cylindrical and watertight mantle. Another disadvantage is that the jacket of such a boiler cannot withstand high pressures due to the small thickness of the sheet metal. Furthermore, the use of an external expansion tank and safety valve is necessary. Also in this type of boiler the water for use must be filled first and then the jacket as otherwise there is a risk of the walls of the boiler collapsing due to the overpressure from the liquids of the closed circuit in case there is a time difference between the two fillings.

Η παρούσα εφεύρεση αντιμετωπίζει την άρση των ανωτέρω μειονεκτημάτων. The present invention addresses the removal of the above disadvantages.

Η εφεύρεση παρίσταται σχηματικά στα σχ . 1 και 2. Τα σχήματα δείχνουν: The invention is shown schematically in Figs. 1 and 2. The figures show:

Σχ. 1: την εμπρόσθια όψη ενός ολοκληρωμένου ηλιακού θερμοσιφωνικού συστήματος που αποτελείται από το μπόιλερ (6), τον συλλέκτη(7), και επιμέρους στοιχεία, Fig. 1: the front view of an integrated solar thermosiphon system consisting of the boiler (6), the collector (7), and individual elements,

Στο Σχήμα 1 : παριστάνεται ένα ολοκληρωμένο ηλιακό θερμοσιφωνικό σύστημα κλειστού κυκλώματος φυσικής κυκλοφορίας. Το μπόιλερ (6) συναρμολογείτα ι επάνω στη βάση του συλλέκτη (7)κα ι ψηλότερα από αυτόν έτσι ώστε η ροή του υγρού του κλειστού κυκλώματος να γίνεται με φυσικό τρόπο. Στη φάση (1), το υγρό το οποίο βρίσκεται μέσα στο χάλκινο υδροσκελετό, θερμαίνεται με τη βοήθεια του ήλιου και με φυσική κυκλοφορία ανεβαίνει προς την έξοδο του υδροσκελετού στο άνω τμήμα του συλλέκτη (2). Στη συνέχεια, μεταφέρεται, μέσω ενός χαλκοσωλήνα που συνδέει το μπόιλερ (6) με το συλλέκτη (7) , στην είσοδο του μπόιλερ (3). Επειτα εισέρχεται στον εσωτερικό εναλλάκτη (10) του μπόιλερ και από εκεί μεταφέρεται από την έξοδο του μπόιλερ (4) στην είσοδο του κάτω μέρους του απορροφητή του συλλέκτη (5) μέσω ενός χαλκοχωλήνα. In Figure 1: an integrated solar thermosiphon system of closed circuit natural circulation is represented. The boiler (6) is assembled on the base of the collector (7) and higher than it so that the liquid flow of the closed circuit takes place in a natural way. In phase (1), the liquid which is inside the copper hydroskeleton, is heated with the help of the sun and with natural circulation rises towards the exit of the hydroskeleton in the upper part of the collector (2). Then, it is transferred, through a copper pipe that connects the boiler (6) to the collector (7), to the inlet of the boiler (3). Then it enters the internal exchanger (10) of the boiler and from there it is transferred from the outlet of the boiler (4) to the inlet of the lower part of the absorber of the collector (5) through a copper hose.

Σχ. 2 : την τομή του μπόιλερ το οποίο αποτελείται από το περίβλημα μόνωσης (8), το δοχείο θέρμανσης νερού χρήσης (6), τον εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας (10), το σωλήνα εισόδου κρύου νερού (12), το διασκορπίσττ κρύου νερού (13) και το σωλήνα εξόδου ζεστού νερού (14). Fig. 2 : the section of the boiler which consists of the insulation casing (8), the domestic water heating tank (6), the internal heat exchanger (10), the cold water inlet pipe (12), the cold water diffuser ( 13) and the hot water outlet pipe (14).

Το θερμό υγρό του κλειστού κυκλώματος φυσικής κυκλοφορίας εισέρχεται από τον χάλκινο σωλήνα σύνδεσης (3) στον εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας (10) του μπόιλερ θερμαίνοντας με αυτόν τον τρόπο το νερό χρήσης του ανοικτού κυκλώματος που βρίσκεται μέσα στο δοχείο θέρμανσης (6). Ο εσωτερικός εναλλάκτης (10) είναι τοποθετημένος με τέτοια κλίση και η σύνδεσή του με τον χάλκινο σωλήνα γίνεται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να δημιουργείται ένα κενό στο άνωθεν μέρος της εισόδου του εναλλάκτη (10) το οποίο λειτουργεί σαν εσωτερικό δοχείο διαστολής (11) . The hot liquid of the closed natural circulation circuit enters through the copper connection pipe (3) into the internal heat exchanger (10) of the boiler, thus heating the water of use of the open circuit located inside the heating tank (6). The internal exchanger (10) is placed with such an inclination and its connection to the copper pipe is made in such a way that a vacuum is created in the upper part of the inlet of the exchanger (10) which acts as an internal expansion vessel (11).

Claims

1. Closed circuit solar water heater where the boiler is placed higher than the collector for natural circulation with an internal high pressure exchanger (10) into which the closed circuit fluid flows with an internal expansion vessel (11), without a safety valve in the closed circuit . The liquid that is in the absorber is heated and with the natural circulation it rises to the upper part of the collector from there through a copper pipe it is transferred to the internal exchanger (10) that is inside the boiler to heat the water for use.

2. Closed circuit natural circulation solar water heater, according to claim I, with an internal exchanger (10) in which the liquid of the closed circuit flows and heats the water of use. Instead of the sheet metal jacket which is the usual type of exchanger for heating boilers and consists of a double wall of sheet metal outside the vessel in which the liquid of the closed circuit flows.

3. Natural circulation closed circuit solar water heater, according to claim 1, with a high pressure exchanger (10) with a resistance of more than 4 bar due to the materials used which are of sufficient thickness and based on the pressure resistance test certificate carried out by a certified body .

4. Closed-circuit natural circulation solar water heater, according to claim 1, with an internal expansion tank (11) in the closed circuit. Due to the slope of the exchanger (10) part of it is also used as an expansion tank and no additional expansion tank is needed like normal boilers.