HRP20150840A2 - Toplinski spremnik s dva različita temperaturna dijela za korištenje s niskotemperaturnim polimernim solarnim kolektorima velikog toplinskog kapaciteta - Google Patents

Abstract

Suština izuma je korištenje niskotemperaturnih solarnih kolektora (30) u dva režima rada upotrebom toplinskog spremnika (20) koji ima međusobno spojena (preljev) dva dijela s različitim temperaturama rada (29A i 29B) (umjesto jednog dijela spremnika može biti i izmenjivač topline (26)). Spremnik (20) s dvije toplinski izolirane komore (29A, 29B) omogućuje niskotemperaturnim solarnim kolektorima (30) rad u dva različita režima rada. U prvom režimu rada kada su solarni kolektori (30) spojeni s komorom 1 (29B) spremnika (20) voda se zagrijava vanjskom toplinom i sunčevim zračenjem do oko 45°C (kod toplog sunčanog dana) uz minimalni utrošak električne energije pumpe. U drugom režimu rada kada solarni kolektori (30) spojeni s dizalicom topline (10) voda se u komori 2 (29A) zagrijava do željene temperature 65°C ili više bez obzira na vanjsku temperaturu i osunčanje.

Description

Područje na koje se izum odnosi

Ovaj izum odnosi se na hibridni sustav dizalice topline u kombinaciji s niskotemperaturnim polimernim solarnim kolektorima, a prema međunarodnoj klasifikaciji klasificiran kao F25B 25/00, F25B 27/002 i F25B 30/00.

Tehnički problem

Ukoliko sunčeve polimerne kolektore kroz koje protječe tekućina spojimo preko izmjenjivača topline s isparivačem dizalice topline te u tako spojenom sustavu dizalica topline zagrijava potrošnu toplu vodu ukupna potrošnja električne energije za rad toplinske pumpe i pumpu za cirkulaciju 5 do 10 puta (ovisno o osunčanju) je veće od potrošnje električne energije koje bi imao klasični solarni sustav s pumpom i polimernim solarnim kolektorom.

Ukoliko koristimo samo sustav s pumpom i polimernim solarnim kolektorom , omjer uložene i dobivene energije 5 do 10 puta je bolji, ali temperatura dobivene tople vode može doseći oko 45°C samo za sunčanog vrućeg dana što nije dovoljno za upotrebu u hotelima i pa je potrebna upotreba sustava za dogrijavanje vode.

Stanje tehnike

Postoji više rješenja korištenja polimernih ili kompozitnih niskotemperaturnih solarnih kolektora u kombinaciji s dizalicom topline, ali nije nam poznato niti jedno višefunkcionalno korištenje niskotemperaturnih solarnih kolektora na način da ih se izmjenično koristi na prvi način pomoću pumpe za zagrijavanje vode putem sunčevog zračenje i korištenjem topline okoline te na drugi način da je preko izmjenjivača spojen na isparivač dizalice topline koja zagrijava vodu na višu temperaturu.

Izlaganje suštine izuma

Suština izuma je spremnik koji omogućuje korištenje niskotemperaturnih polimernih ili kompozitnih kolektora u dva režima rada upotrebom toplinskog spremnika koji ima međusobno spojena (preljev) dva dijela s različitim temperaturama rada. Niskotemteraturni dio spremnika omogućuje nam da možemo direktno iz okoline i sunčevog zračenje prikupljati energiju (s malom uloženom energijom) s niskotemperaturnim polimernim kolektorima. U visoko temperaturnom dijelu spremnika s dizalicom topline pripremamo vodu temperature koja je korisniku potrebna (55°C, 65°C ili više) i tada je isparivač dizalice topline spojen preko toplinskog izmjenjivača s solarnim niskotemperaturnih polimernih ili kompozitnih kolektorima.

Prva prednost izuma je znatno manji utrošak električne energije od sustava s dizalicom topline koji ima direktno spojeni isparivač na nisko temperaturne polimerne solarne kolektore. Glavna ušteda energije se postiže prebacivanjem između načina rada sustava. Kada je dovoljno sunčeve energije i vanjske topline ta se energija prikuplja bez dizalice topline koji je veći potrošač električne energije za istu isporučenu toplinsku energije od obične pumpe za vodu.

Druga prednost izuma je mogućnost korištenja polimernih solarnih kolektora kada nema sunca ili po noći koristeći nisko temperaturne solarne kolektore kao izmjenjivače topline s okolinom. Nisko temperaturni polimerni solarni kolektori nemaju zaštitno staklo te mogu nesmetano izmjenjivati toplinu s okolinom.

Kratak popis slika

Popratne slike koji su uključeni u opis i koji čini dio opisa izuma, ilustriraju dosad razmatran najbolji način za izvedbu izuma, i pomažu kod objašnjavanja osnovnih principa funkcioniranja izuma pri čemu: Slika 1 - spremnik podijeljen na dva dijela izolacijskom pregradom te spojen na kolektore i dizalicu topline; Slika 2 - spremnik fizički podijeljen na dva dijela (dva spremnika) te spojeni na kolektore i dizalicu topline; Slika 3 - spremnik opremljen s izmjenjivačem topline temperaturnim senzorom i pumpom. Pumpa se uključuje samo kada ima dotoka hladne vode u spremnik i postoji akumulirana toplinska energija u polimernim kolektorima visokog toplinskog kapaciteta. Tada se iz polimernih sunčevih kolektora visokog toplinskog kapacitet preuzima akumulirana toplinska energija. Ovom izvedbom izbjegava se potreba za dodatnim spremnikom uz mogućnost korištenja polimernih niskotemperaturnih kolektora u dva režima rada.

Slika 4 - upotreba sustava objašnjen slikom 2 ali za zagrijavanje prostora

Detaljan opis četiri načina ostvarivanja izuma

Prvi način

Sustav služi za zagrijavanje (slika 1) potrošne tople vode (PTV) na način da se u komori 2 (29A) spremnika održava željene temperatura od 45-65T (ili više) koju mjeri temperaturni senzor (21 A). U komori 1 (29B) spremnika se održava temperatura koju mogu postići nisko temperaturni polimerni solarni kolektori (30) do oko 45°C. Umjesto da u komoru 2 (29A) dolazi hladna voda iz vodovoda 10-15°C koriste se nisko temperaturni polimerni solarni kolektori (30) koji u komori 1 (29B) predgriju vodu iz vodovoda pomoću izmjenjivača topline (19) (moguća i izvedba bez izmjenjivača (19) na način da je ista tekućina teče unutar spremnika i solarnih modula (30)), predgrijana voda prelazi u komoru 2, i tek onda ukoliko postoji potreba u komori 2 (29A) dodatno se zagrije voda na 45-65°C (ili više) pomoću dizalice topline (10) koja će koristiti nisko temperaturne polimerne solarne kolektore (30) na način da će oni biti spojeni preko izmjenjivača topline s isparivačem ,a komora 2 (29A) spojena je s kondenzatorom dizalice topline (10) direktno ili preko izmjenjivača topline. Ovisno o vremenskim uvjetima (osunčanje i temperatura) koje očitava senzor (31) na solarnom kolektoru (30) te temperaturama u komorama spremnika koje očitavaju senzori (21,22) upravljačka jedinica (40) upravlja troputnim ventilima (51,53) pumpom (52) i dizalicom topline (10) i tako odabire način rada sustava.

Drugi način

Isti princip rada kao i 'Prvi način' samo što su komora 1 i komora 2 fizički odvojene (slika 2). To znači da komora 1 (29B) postaje spremnik (27), a komora 2 (29A) postaje spremnik (28)

Treći način

Sustav služi za zagrijavanje (slika 3) PTVa na način da se u spremniku (28) održava željena temperatura od 45-65°C (ili više). Spremnik je spojen s izmjenjivačem topline (26) (koji zamjenjuje komoru 1) i temperaturnim senzorom (21A). Umjesto da u spremnik (28) dolazi hladna voda iz vodovoda 10-15°C koriste se nisko temperaturni polimerni solarni kolektori (30) koji preko izmjenjivača topline (26) predgrijavaju vodu na 15°C-45°C°. Pumpa (52) se uključuje samo kada ima dotoka hladne vode u spremnik (28) i postoji akumulirana toplinska energija u polimernim kolektorima visokog toplinskog kapaciteta (30). Tada se iz polimernih sunčevih kolektora visokog toplinskog kapacitet preuzima akumulirana toplinska energija (30) i predaje hladnoj vodi koja ulazi u spremnik. Ovom izvedbom izbjegava se potreba za dodatnim spremnikom uz mogućnost korištenja polimernih niskotemperaturnih kolektora u dva režima rada.

Dodatno se grije voda na 45-65°C (ili više) pomoću dizalice topline (10) koja će koristiti nisko temperaturne polimerne solarne kolektore (30) na način da će oni biti spojeni preko izmjenjivača topline s isparivačem ,a spremnik (28) spojen s kondenzatorom dizalice topline (10) direktno ili preko izmjenjivača topline. Ovisno o vremenskim uvjetima (osunčanje i temperatura) koje očitava senzor (31) na solarnom kolektoru (30) te temperaturama u komorama spremnika koje očitavaju senzori (21,22) upravljačka jedinica (40) upravlja troputnim ventilima (51,53), pumpom (52) i dizalicom topline (10) i tako odabire način rada sustava.

Četvrti način

Sustav služi za zagrijavanje (slika 4) tople vode za grijanje na način da se u spremniku (28) održava željene temperatura od 45-65°C (ili više) koju mjeri temperaturni senzor (21A). U spremniku (27B) se održava temperatura koju mogu postići nisko temperaturni polimerni solarni kolektori (30) 15°C-45°C. Spremnik (27B) može s ostatkom sustava bili spojen preko izmjenjivača topline (19) ili direktno na način da je spremnik napunjen smjesom vode i glikola i ista tekućina teče spremnikom (27B) pumpama (52,54) i troputnim ventilima (51,53).

Voda se grije na 45-65°C (ili više) pomoću dizalice topline (10) na način da će preko izmjenjivača topline s isparivačem biti spojeni nisko temperaturni polimerni solarni kolektori (30) ili spremnik 27B ,a spremnik (28) spojen s kondenzatorom dizalice topline (10) direktno ili preko izmjenjivača topline. Ovisno o vremenskim uvjetima (osunčanje i temperatura) koje očitava senzor (31) na solarnom kolektoru (30) te temperaturama u komorama spremnika koje očitavaju senzori (21,22) upravljačka jedinica (40) upravlja troputnim ventilima (51,53) pumpama (52,54) i dizalicom topline (10) i tako odabire način rada sustava.

Opis pozivnih oznaka

10 Dizalica topline/ toplinska pumpa s izmjenjivačem topline

19 Izmjenjivač topline unutar spremnika (dijela spremnika) niže temperature

20 Spremnik tople vode s dvije komore koji u sebi uključuje (19,21,22, 23,25,29A, 29B)

21 Temperaturni senzor za komoru spremnika više temperature (komora 2)

21A Temperaturni senzor za spremnik više temperature

22 Izmjenjivač topline unutar spremnika više temperature

23 Temperaturni senzor za komoru spremnika niže temperature (komora 1)

23A Temperaturni senzor za spremnik niže temperature

24A Spremnik niže temperature

25 Toplinska izolacija između komore 1 i komore 2 s otvorima za prolaz vode

26 Izmjenjivač topline izvan spremnika

27 Spremnik tople vode niže temperature

28 Spremnik tople vode više temperature 29B komora 1

29A komora 2 (voda više temperature)

30 Termodinamički polimerni solarni kolektori velikog toplinskog kapaciteta (nemaju staklo i slobodno izmjenjuju toplinu s okolinom)

31 Temperaturni senzor i senzor osunčanja

40 Centralni kompjutor za regulaciju rada troputnih ventila i pumpi

51 Troputni ventil elektronički upravljiv

52 Pumpa za smjesu glikola i vode

53 Troputni ventil elektronički upravljiv

54 Pumpa za smjesu glikola i vode PTV- potrošna topla voda

Claims (2)

1. Toplinski spremnik s dva različita temperaturna dijela sastoji se od toplinske pumpe (10), niskotemperaturnih solarnih kolektora (30), spremnika (20) s dvije komore različitih temperatura (29A, 29B) i dva izmjenjivača topline (19, 22), temperaturnih senzora (21, 23, 31), upravljačke jedinice (40) koje upravljaju radom toplinske pumpe (10), vodene pumpe (52) i troputnih ventila (51,53) naznačen time da spremnik (20) s dvije toplinski izolirane međusobno spojene komore (29A, 29B) omogućuje niskotemperaturnim solarnim kolektorima (30) rad u dva režima rada, u prvom režimu rada kada su solarni kolektori (30) spojeni s komorom 1 (29B) spremnika (20) voda se zagrijava preko izmjenjivača (19) vanjskom toplinom i sunčevim zračenjem do oko 45°C uz minimalni utrošak električne energije pumpe (52), te ukoliko u prvom režimu nije postignuta željena temperatura sustav može raditi i u drugom režimu rada kada su solarni kolektori (30) spojeni s dizalicom topline (10) voda se u komori 2 (29A) preko izmjenjivača (22) zagrijava do željene temperature 65°C ili više bez obzira na vanjsku temperaturu i osunčanje.

2. Toplinski spremnik s dva različita temperaturna dijela sastoji se od toplinske pumpe (10), niskotemperaturnih solarnih kolektora (30), spremnika (28) s izmjenjivačem topline (22), izmjenjivača topline (26), temperaturnih senzora (31,21 A) i upravljačke jedinice (40) koja upravljaju radom toplinske pumpe (10) , pumpe (52) i troputnih ventila (51, 53) naznačen time da spremnik (28) s izmjenjivačem topline (26) omogućuje niskotemperaturnim solarnim kolektorima (30) rad u dva režima rada, u prvom režimu rada kada su solarni kolektori (30) spojeni direktno s izmjenjivačem topline (26) i voda se prolaskom kroz izmjenjivač topline (26) zagrijava vanjskom toplinom i sunčevim zračenjem do oko 45°C uz minimalni utrošak energije pumpe (52) te ukoliko u prvom režimu nije postignuta željena temperatura sustav može raditi i u drugom režimu rada kada su solarni kolektori (30) spojeni s dizalicom topline (10) voda se u spremniku (28) preko izmjenjivača (22) zagrijava do željene temperature 65°C ili više bez obzira na vanjsku temperaturu i osunčanje.