NO144582B - Magasinvarmeanlegg. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et magasinvarmeanlegg med en i magasinbeholderen anordnet fylling av kornformede, faste partikler som tjener som varmemagasinmateriale, hvor det i en av en oppladnings- hhv. utladningsvifte drevet oppladningsgass-strøm er anordnet en varmekilde foran varmemagasinmaterialet.

Et slikt varmemagasinanlegg er kjent fra DT-OS

19 39 534. Det tidligere kjente anlegg har en magasinovn som inneholder en fylling av f.eks. keramikkpartikler i en flaske-lignende, nedentil lukket og oventil åpen magasinbeholder. Ved oppladning av magsinovenen blir luft ført gjennom magasinbeholderens øvre åpning, forbi en varmekilde, og den luft som har avgitt sin varme til fyllingen unnviker til siden og ut i fri-

luft gjennom magasinbeholderens vegger. Ved utladningsdrift blir friskluft likeledes ført gjennom sideveggene i forskjellige høyder og inn i fyllingen, og etter oppvarmning i fyllingen ført ut gjennom magasinbeholderens øvre åpning. Føringen av oppladnings- og utladningsluftstrømmen i et åpent system, såvel som tilførselen av oppladningsluftstrømmen og bortføringen av utlad-ningsluf tstrømmen gjennom en forholdsvis smal kanal under side-veis bort- hhv. tilføring av den avkjølte oppladningsluftstrøm hhv. utladningsfriskluftstrøm i den lukkede magasinbeholder forringer funksjonen.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å til-veiebringe et også bare ved korte oppladningstider hurtig og fullt virksomt magasinvarmeanlegg med høy virkningsgrad.

Denne hensikt oppnås ifølge oppfinnelsen ved at oppladningsgass-strømmen og utladningsgass-strømmen i innbyrdes motsatte retninger blir ført gjennom den fulle høyde hhv. lengde og i det vesentlige over det fulle tverrsnitt av den i magasinbeholderen anordnede, finkornede fylling med liten varmeledningsevne, og i det minste oppladningsgass-strømmen sirkulerer i

lukket kretsløp.

Ved tilstrømning til fyllingen over hele tverr-snittet, f.eks. med en oppladningsgass-strøm på ca. 800°C blir fyllingen jevnt skiktvis og fortløpende oppvarmet fra innløps-siden, hvorved varmeledning i fyllingen forhindres på grunn av fyllingens lave varmeledningsevne. Derved blir den til varmekilden tilstøtende sone av fyllingen meget raskt oppvarmet til høy temperatur uten at de tilstøtende soner blir oppvarmet. Temperaturgradienten på baksiden er forholdsvis steil og vandrer i løpet av oppladningsprosessen fra den til varmekilden' til-støtende sone etterhvert gjennom hele fyllingen når foranliggende soner allerede er oppvarmet til maksimal temperatur og ikke lenger kan oppta mer varme fra oppladningsgass-strømmen. På grunn av disse omstendigheter vil det forstås at det- selv ved forholdsvis kort oppladningsdrift, hvorved det bare varmes opp en forholdsvis smal, til varmekilden tilstøtende sone med høy temperatur, straks kan utvinnes utladningsgass med forholdsvis høy temperatur frå varmemagasinmaterialet ved reversering av den i det lukkede kretsløp førte gass-strøm. Denne fordelaktige virkning oppnås altså ved kombinasjon av den spesielt utformede føring av oppladnings- og utladningsgass-strømmen med utvelgelsen av en fylling med spesielt lav varmeledningsevne. På grunn av føringen av oppladnings- og utladningsgass-strømmen i kretsløp oppnås optimal virkningsgrad av magasinvarmeanlegget.

For å forhindre at oppladnings- og utladningsviften skal skades av en for varm gass-strøm under oppladningsdrift, dvs. spesielt etter fullstendig oppladning av fyllingen, kan det ved en videre utvikling av oppfinnelsen være anordnet et annet varmemagasin med mindre volum i oppladningsgass-strømmen bak varmemagasinmaterialet, men foran oppladningsviften. Dette annet varmemagasin opptar den nødvendige varme for beskyttelse av oppladningsviften og kjøler derved i tilstrekkelig grad opp-ladningsgass-strømmen som når oppladningsviften. Dette annet varmemagasin kan ha et vesentlig mindre volum enn det egentlige magasinmateriale i magasinbeholderen, da den hovedsakelig har beskyttelsesfunksjon. Den i det annet beskyttelses-varmemagasin opplagrede varme blir på grunn av oppladningsgass-strømmen imidlertid benyttet om igjen og går ikke tapt. Som magasinmateriale i det annet varmemagasin kan likeledes benyttes en fylling av den i hovedmagasinet inneholdte type.

Utladningsgass-strømmen kan benyttes til direkte luftoppvarmning. Også når utladningsgass-strømmen, ifølge en .utførelsesform av oppfinnelsen, er ført i det lukkede kretsløp, kan den benyttes til direkte oppvarmning. Ifølge en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen er det imidlertid også mulig å anordne en varmeveksler i det lukkede kretsløp, forbi hvilken varmeveksler oppladningsstrømmen kan føres ved hjelp av en omføringsledning, for å redusere omløpsmotstanden under opp-ladningsdrif t .

En regulering av temperaturen av den til forbrukeren hhv. varmeveksleren tilførte utladningsgass-strøm kan derved oppnås på enkel måte når den i det lukkede kretsløp anordnede magasinbeholder for utladningsgass-strømmen kan forbistrømmes ved hjelp av en omføringsledning. Under utladningsdrift blir derved nemlig ikke den samlede gassmengde som befinner seg i det lukkede kretsløp ført gjennom magasinbeholderen og stadig oppvarmet påny, men i det minste delvis ført forbi magasinbeholderen uten fornyet oppvarmning, og igjen blandet med den til forbrukeren eller varmeveksleren tilførte utladningsgass-strøm. Derved kan det f-.eks. ved det annet varmemagasin være anordnet en termostat som har dobbelt funksjon, idet den nemlig under utladningsdrift regulerer stillingen av den klaff som bestemmer gjennomstrømningsmengden gjennom omføringsledningen, og under oppladningsdrift forhindrer overoppvarmning av magasinvarmeanlegget, spesielt viften, da denne kan kobles ut ved hjelp av termostaten ved oppnåelse av en bestemt maksimal temperatur.

Da den i det lukkede kretsløp inneholdte gassmengde har forskjellige temperaturer og derved også volum, er det hensiktsmessig å anordne en utjevningsbeholder i det lukkede kretsløp. Denne tjener til å redusere trykket og hindrer derved faren for utettheter, som ikke bare ville representere en taps-faktor, men også være farlige for omgivelsene ved de valgte høye temperaturer.

Undersøkelser har vist at en optimal virkningsgrad for magasinoppvarmningsanlegget ifølge oppfinnelsen kan oppnås når forholdet mellom høyden og diameteren av den fylling som befinner seg i magasinbeholderen er større enn 1, fortrinnsvis større enn 1/5, og mindre enn 4, fortrinnsvis mindre enn 2,5.

Virkningsgraden kan forbedres ytterligere dersom det for jevn tilstrømning til fyllingen er anordnet førings-plater i oppladningsgass-strømmen foran fyllingen. For å for-bedre jevn gjennomstrømning av fyllingen i begge retninger kan det være hensiktsmessig at bære-elementet, på hvilket fyllingen hviler, heller mot magasinbeholderens midtparti, således at fyllingshøyden i magasinbeholderens midtparti altså samlet er høyere enn ved veggene.

Bære-elementet kan f.eks. være et på en hullplate avstøttet stålnett som har tilstrekkelig liten maskevidde til å holde de finkornede, faste partikler.

Bære-elementet kan f.eks. også være en porøs filterplatesten, f.eks. fremstilt av temperaturbestandig betong, da bære-elementet da på enkel måte kan fremstilles som en ferdig del med tilsvarende geometrisk form og eventuell nedbøyning.

Varmemagasinmaterialets partikkelstørrelse bør ligge mellom 0,5 mm og 3 mm, fortrinnsvis mellom 1 mm og 3 mm. Da oppviser nemlig fyllingen en meget stor flate for oppladnings-og utladningsgasstrømmen under akseptabel gjennomstrømnings-motstand, hvilken store flate sikrer rask varmeovergang under oppladnings- såvel som under utladningsdrift.

Varmemagasinmaterialets varmeledningsevne bør fortrinnsvis være mindre enn 2 Kcal/mh°C. Den fylling som befinner seg umiddelbart over bære-elementet kan inneholde et skikt av faste partikler med større partikkeldiameter på inntil 10 mm, for f.eks. å kunne benytte et mer grovmasket,i handelen lettere tilgjengelig stålnett som bære-element.

Magasineringskapasiteten for magasinvarmeanlegget ifølge oppfinnelsen kan økes ved at den i magasinbeholderen inn-førte fylling har en definert fuktighet, således at den i det lukkede kretsløp inneholdte gass har en relativ fuktighet på ikke mer enn 80% ved overføring av fuktigheten til denne gass.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, som skjematisk viser utførelses-former av en innretning ifølge oppfinnelsen, og hvor fig. 1 viser et første utførelseseksempel på et magasinvarmeanlegg, fig. 2 viser et annet utførelseseksempel på et magasinvarmeanlegg og fig. 3 viser et tredje utførelseseksempel på et magasinvarmeanlegg.

I det på fig. 1 viste utførelseseksempel er det etter hverandre i det lukkede kretsløp anordnet en magasinbeholder 1, et annet varmemagasin 8, en vifte 7 med en drivmotor 6, en varmeveksler 5 og i magasinbeholderen, over hverandre, en som varmestavér utformet varmekilde 3 og den på et bære-element 2 hvilende fylling 4. Viften 7 kan drive den gass som befinner seg i det lukkede kretsløp frem og tilbake.

Ved matning i retningen for pilen L opplades anlegget, hvorved oppladningsgass-strømmen oppvarmes av varmekilden 3, og fyllingen 4 oppvarmes fortløpende sonevis. Ved omvendt matning blir utladningsgass-strømmen ført jevntovenfra gjennom hele fyllingen i retningen for pilen E. Den oppvarmes ved fyllingens 4 oppvarmede soner og den oppvarmede gass strømmer til varmeveksleren 5. Ved utladningsdrift kan varmekilden 3 inn-kobles som en direkte-bppvarmningsinnretning. Under oppladningsdrift forlater en gass med bare forholdsvis lav temperatur varmemagasinet 1 inntil fyllingen 4 er maksimalt oppladet til den nødvendige oppvarmningstemperatur. Når fyllingen 4 er fullt oppladet til den nødvendige temperatur, oppfanger varmemagasinet 8 den overskytende varme, slik at viften 7 ikke blir skadet. Dersom varmemagasinet 8 når en bestemt temperatur, kan anlegget kobles ut. Under oppladningsdrift kan gass-strømmen videre føres forbi varmeveksleren 5 via omføringsledningen 12.

Under utladningsdrift kan en delmengde av den om-førte gass-strøm, på grunn av klaffenes 9 stilling, uten oppvarmning føres forbi magasinbeholderen 1 gjennom en omførings-ledning 11, og deretter igjen blandes med den oppvarmede andel. På denne måte lar det seg gjøre å innstille en på forhånd bestemt bar temperatur av den til varmeveksleren 5 tilførte utladningsgass. Reguleringen kan f.eks. foretas ved hjelp av en på varmeveksleren 8 anordnet termostat. Den del av anleggét som om-fatter varmemagasinet 1 og varmeveksleren 5 og forbindelses-ledningen mellom disse to elementer er omgitt av en varmeisolasjon 10. Derved blir ikke bare magasinbeholderen 1 isolert, men også hele det område i hvilket den fra fyllingen 4 utstrøm-mende, oppvarmede utladningsgass-strøm til varmeveksleren 5 føres, såvel som denne varmeveksler 5.

Under oppladningsdrift oppvarmes fyllingen 4 neden-fra og oppover, sonevis, med forholdsvis steil temperatur-gradient ved den øvre ende av den oppvarmede sone, hvilket forår-sakes av fyllingens 4 meget lave varmeledningsevne. Ved etter-følgende omkobling til utladningsdrift når utladningsgass-strøm-men i ethvert fall gjennom den allerede høyt oppvarmede, om enn ikke særlig brede sone av fyllingen 4, hvorved den også allerede etter en bare kort oppladningsdrift kan oppvarmes til meget høy temperatur.

På fig. 2 og 3 er magasinbeholderen 1 anordnet liggende. Bære-elementet for fyllingen 4 er derved overflødig.

På fig. 2 er det, sett i oppladningsretningen L, foran enden av fyllingen i denne innlagt en temperaturføler 13, via hvilken viften 7 styres termostatisk. Viften blir frakoblet så snart der ved temperaturføleren er oppnådd, en høy temperatur. Den del av fyllingen som befinner seg mellom dennes ende og temperaturføleren 13 trekker varme fra oppladningsluftstrømmen, slik at viften 7 er beskyttet mot overoppvarmning. Det ifølge det på fig. 1 viste utførelseseksempel anordnede varmemagasin 8 kan derfor bortfalle. Under oppladningsdrift befinner klaffen 14 seg i den på fig. 2 med stiplede linjer viste stilling. Opp-ladningsluf tstrømmen stryker ikke forbi varmeveksleren 5, men strømmer direkte gjennom omføringsledningen 12. Under utladningsdrift inntar klaffen den på fig. 2 viste stilling. Omførings-ledningen 12 er da sperret og utladningsluftstrømmen avgir sin varme til varmeveksleren 5.

På fig. 3 er vist et magasinvarmeanlegg som under utladningsdrift arbeider med åpent kretsløp. Den romluft som skal oppvarmes blir derved ført direkte gjennom magasinvarmeanlegget. Der er anordnet en ytterligere, større vifte 15 som under utladningsdrift suger kald luft, og mater denne i et ved hjelp av en klaff 16 innstillbart forhold gjennom den oppvarmede fylling 4 og omføringsledningen 11. En i oppladningsstrømkretsen anordnet klaff 17 står derved i den på fig. 3 viste stilling. Fra magasinvarmeanlegget strømmer det således ut en luftstrøm med ønsket temperatur.

Under oppladningsdrift er klaffene 16 og 17 bragt til den på fig. 3 med stilpede linjer viste stilling. Oppvarm-ningen av fyllingen 4 skjer på den ovenfor beskrevne måte.

Magasinvarmeanleggets varme vegger er forsynt med

en varmeisolasjon.

Dersom et av de beskrevne magasinvarmeanlegg avgir varme under lavtariff-tid, eller dersom fyllingen ikke er tilstrekkelig oppladet for den ønskede varmeavgivelse, kan ut-ladningsluftstrømmen gjennom eventuell trinnvis tilkobling av de elektriske varmestaver 3 oppvarmes direkte.

Ved utførelseseksemplene ifølge fig. 1 og 2 kan det være fordelaktig, under utladningsdrift, å regulere viftens 7 omdreiningstall avhengig av den i varmeveksleren 5 oppnådde vanntemperatur.

Som billig magasinmateriale for fyllingen er f.eks. spesielt naturmagnesitt eller olivin egnet.

Claims (17)

1. Magasinvarmeanlegg med en i magasinbeholderen anordnet fylling av kornformede, faste partikler som tjener som varmemagasinmateriale, hvor det i en av en oppladnings- hhv. utladningsvifte drevet ofpladningsgass-strøm er anordnet en varmekilde foran varmemagasinmaterialet, karakterisert ved at oppladningsgass-strømmen og utladningsgass-strømmen i innbyrdes motsatte retninger blir ført gjennom den fulle høyde, hhv. lengde og i det vesentlige over det fulle tverrsnitt av den i magasinbeholderen (1) anordnede, finkronede fylling (4) med liten varmeledningsevne, og i det minste oppladningsgass-strømmen sirkulerer i lukket kretsløp.

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at også utladningsgass-strømmen er ført i det lukkede krets-løp..

3. Anlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det i oppladningsgass-strømmen bak varmemagasinmaterialet, men foran oppladningsviften (7), er anordnet et annet varmemagasin (8) med mindre volum.

4. Anlegg ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det i det lukkede kretsløp er anordnet en varmeveksler (5) som kan forbistrømmes ved hjelp av en omførings-ledning (12) .

5. Anlegg ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at magasinbeholderen (1) kan forbistrømmes av utladningsgass-strømmen ved hjelp av en omføringsledning (11).

6. Anlegg ifølge et av kravene 1-5 ; karakterisert ved at det i det lukkede kretsløp er anordnet en ut-ligningsbeholder. ?.

Anlegg ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at forholdet mellom fyllingens (4) høyde og diameter er større enn 1, fortrinnsvis større enn 1,5, og mindre enn 4, fortrinnsvis mindre enn 2,5.

8. Anlegg ifølge et av kravene 1 - 7, karakterisert ved at der for tilveiebringelse av jevn strøm-ning til fyllingen (4) er anordnet føringsplater i oppladnings-og utladningsgass-strømmen foran fyllingen (4).

9. Anlegg ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at fyllingen (4) er anordnet på et gass-gjennomtrengelig bære-element (2).

10. Anlegg ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at bære-elementet (2) heller mot magasinbeholderens (1) midtparti.

11. Anlegg ifølge et av kravene 1-10, karakterisert ved at bære-elementet (2) inneholder et av hullplater avstøttet stålnett.

12. Anlegg ifølge et av kravene 1-11, karakterisert ved at bære-elementet (2) er fremstilt av en porøs filterplatesten, f.eks. temperaturbestandig betong.

13. Anlegg ifølge et av kravene 1-12, karak terisert ved at partikkelstørrelsen av varmemagasinmaterialet er mellom 0,5 og 3 mm, fortrinnsvis mellom 1 og 3 mm.

14. Anlegg ifølge et av kravene 1-13, karakterisert ved at varmemagasinmaterialets varmeledningsevne er mindre enn 2 Kcal/mh*K.

15. Anlegg ifølge et av kravene 1-14, karakterisert ved at fyllingen (4) umiddelbart over bære-elementet (2) inneholder et skikt av faste partikler med større partikkeldiameter på inntil 10 mm.

16. Anlegg ifølge et av kravene 1-15, karakterisert ved at den i magasinbeholderen innførte fylling (4) har definert fuktighet, således at den i det lukkede kretsløp inneholdte gass har relativ fuktighet på ikke mer enn 80% ved overføring av fuktigheten til denne gass.

17. Anlegg ifølge et av kravene 1-16, karakterisert ved at det for drift av utladningsgass-strømmen er anordnet en ytterligere vifte (15) .