NO179424B - Varmemagasin og fremgangsmåte ved dets igangsetting og drift - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et varmemagasin med et fyrrom anordnet i en boks innrettet til innsetting i et vannmagasin, hvor det mellom fyrrommet og boksen foreligger et rom som inneholder en vannmengde og en fremgangsmåte ved igangsetting og drift av varmemagasinet.

Vann i tanker eller magasiner har vært benyttet for akkumulering av energi. Slike magasiner er ofte benyttet i forbindelse med vedkjeler, solvarmesysterner, varmepumper, etc. og for å utnytte ulike strømtariffer på gunstigst mulig måte. Akkumulatorer lagrer energi fra det tidspunkt den er tilgjen-gelig, til det tidspunkt den ønskes nyttiggjort.

Slike akkumulatortanker kan utføres som lukkede systemer med ekspansjonstanker eller som åpne systemer med åpen ekspansjonsmulighet. Tankene kan videre fysisk utføres med sirkulært eller rektangulært tverrsnitt.

Primært benyttes slike akkumulatortanker for generell oppvarming av bygninger og også til fremstilling av varmt forbruksvann. I dag benyttes slike akkumulatortankere ofte i forbindelse med sentralkjeier for vedfyring, soloppvarming og akkumulering av elektrisk energi. Typisk for dette er bruk av moderne vedkjeler for oppvarming hvor kjelens ytelse er større enn bygningens energibehov. På tilsvarende måte benyttes akkumulatortanker for magasinering av energi omformet fra elektrisk energi.

Det er sannsynlig at det i fremtiden vil bli benyttet akkumulatortanker som et sentralt element i en bygnings energi-system. Det er også sannsynlig at utviklingen vil fokusere mot rektangulære magasiner som isoleres på byggeplassen. Slike magasiner opptar minimal gulvplass og kan meget enkelt isoleres i tillegg til at dimensjonene gjør dem lett håndterlige og transporterbare.

Tradisjonell bruk av ved- og oljekjeier i forbindelse med akkumulering har vært å knytte kjelen til magasinet ved hjelp av rørkoplinger og på den annen side å gjøre kjelens vannvolum så stort at koking i kjelen til en viss grad unngås.

Moderne vedkjeler som typisk baseres på "blåflammeprin-sippet", har meget store ytelser, i størrelsesordenen 10 til 70 kW, og må i praksis arbeide mot et varmelager i form av et magasin eller et større kjelevolum for å unngå koking. Villa-kjeler med stort vannvolum er sjelden større enn 300-400 1. Kjelene har plass til 80-150 1 ved. Med en slik vedmengde kan kjelen hurtig nærme seg koking på grunn av at kjeleeffekten overstiger husets varmebehov. Som en følge av dette må lufttil-førselen begrenses sterkt når kjelen nærmer seg koking, noe som igjen innebærer ufullstendig forbrenning og derav følgende forurensning og som også kan føre til at ilden i kjelen dør ut slik at kjelen må tømmes før den kan tennes på ny.

Alternativet til de foran beskrevne løsninger er at kjelen koples til et vannmagasin med tilstrekkelig volum til at kjelen kan holdes i gang uten sjanse for koking. Dette åpner også for vedfyring med sentralvarmekomfort. Med tilstrekkelig magasinkapasitet kan det eksempelvis fyres med ved en gang i uken.

Utviklingen for vedkjeler går mot kjeler med lite vanninnhold og minst mulig keramikkvekt i forbrenningssonen. Grunnen til dette er først og fremst at slike kjeler hurtig kommer opp på korrekt arbeidstemperatur, noe som gir liten forurensning, og at det også bindes liten effekt i selve kjelen. En kjele av kjent type har et meget stort vannvolum og en keramikkvekt som binder 27 kWh før den kommer opp i korrekt arbeidstemperatur, noe som tar 1% t. En annen utførelse binder kun 8 kWh og når opp på arbeidstemperaturen etter ca. 15-20 min.

En kjele kan koples til en akkumulatortank på en rekke måter. De mest kjente og enkle koplingsprinsippene er basert på en konstant sirkulasjon gjennom kjele og magasin. Dette medfører imidlertid at kjelen ikke blir tilstrekkelig varm før magasinet er delvis ladet, noe som medfører kondensering i kjelen på grunn av for lav temperatur.

Den normale koplingen mellom magasin og kjele er bruk av en ladepumpe og en termostatventil som sørger for den interne sirkulasjon i kjelen inntil driftstemperaturen er oppnådd og hvor det deretter gradvis slippes kaldt vann inn fra magasinet. Ulempen ved denne koplingen er at restenergien i kjelen ikke kan utnyttes. Som nevnt ovenfor foreligger til dels store restener-gier i kjelene. Innenfor fagområdet har man i altfor liten grad vært tilstrekkelig oppmerksom på dette forholdet og i for stor grad fokusert kun på utvikling av kjelevirkningsgraden. Det finnes kjeler med kjelevirkningsgrader på over 86 %, mens det i praksis ofte gjenstår restenergi i kjelen på 35 % med tradisjonell ladekopling med termostatventil.

For å unngå at det blir igjen store energimengder er den såkalte proffkoplingen innført. Her hentes energi fra kjelen før energi hentes fra magasinet. Koplingen gir vesentlig høyere systemvirkningsgrad enn den tradisjonelle ladekoplingen. Med en kjele med kjelevirkningsgrad på 90 %, en proff kopling og korrekt dimensjonert magasin kan man oppnå systemvirkningsgrader på omkring 85 %. Innvendingen mot dette systemet er imidlertid at det koster vesentlig mer enn andre utførelser, krever større ekspertise av installatør og er sterkere utsatt for slitasje, feilaktig bruk, etc.

Med foreliggende oppfinnelse unngås de foran nevnte ulemper, mens de vesentlige fordeler bibeholdes. Dette oppnås med kjelen ifølge foreliggende oppfinnelse, slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

På tegningen viser figur 1 et skjematisk snitt langs I-I på figur 2 og figur 2 viser et delvis gjennombrudt frontriss av kjelen på figur 1.

I fyrkjelen ifølge foreliggende oppfinnelse er selve kjelen 2 innfelt i magasinet 1. Videre har kjelen 2 en helt eller delvis isolert boks 3 som gjør at vannet i boksen 3 oppvarmes først. Dette sikrer hurtig oppvarming og hindrer en lengre periode med "våt" kjele i oppvarmingsfasen. Gjennom et sugerør 4 hentes vann opp til boksen 3 slik at det blir mulig å lade hele magasinet 1.

Uten en slik innretning ville oppvarmingen stanset på grunn av sjiktingen i vannet etter at vannet som ligger over kjelen 2, er blitt varmt.

Når vannet i boksen 3 er tilstrekkelig oppvarmet, slippes vannet ut til magasinets øvre del ved hjelp av termostatventiler 10 som gradvis åpner når vanntemperaturen i boksen 3 øker i tilstrekkelig grad. Nytt og kaldt vann fra magasinets 1 bunn trekkes inn i boksen 3 ved hjelp av sugerøret 4 og erstatter det vannet som går til magasinets topp. Denne prosessen fortset-ter til magasinet 1 er fulladet eller til man oppnår en ønsket ladningsgrad som kan styres av termostater som er anbrakt på ulike nivåer i magasinet.

Denne anordning kan enten baseres på prinsippet om at varmt vann stiger opp (selvsirkulasjon) eller ved bruk av sirkulasjonspumpe. Figur 1 viser skjematisk en kopling med en sirkulasjonspumpe 7. Dersom det benyttes slik sirkulasjonspumpe 7 vil koplingen være slik at sirkulasjonspumpen i startfasen sirkulerer vannet i kjeledelen 3 til arbeidstemperaturen er nådd og vil deretter via termostatventilen 8, gradvis slippe vann ut til magasinets 1 øvre del samtidig som det etterfylles nytt vann via stigerøret 4.

Selvsirkulasjonsprinsippet kan kombineres med en pumpe 7, propell eller liknende for intern omrøring i boksen. Dette vil i så fall hindre at det varme vannet i boksen i for stor grad stiger opp til boksens topp slik at nedre kjeleflater blir for kalde.

Ved et selvsirkulasjonsprinsipp kan stigerøret forlen-ges over boksens bunn slik at det kalde vannet kommer ut relativt høyt oppe i boksen. Dette vil sikre en intern omrøring i boksen ved at det kalde vannet synker og blander seg med det oppvarmede vannet. For ytterligere å øke omrøringen kan det anordnes ledeplater.

Boksen isoleres på utsiden og/eller innsiden for å hindre at boksens metallflater skal fungere som varmeveksler mot det kalde systemvannet. Boksens 3 øvre flater bør være uisolert slik at restvarmen i kjelen kan komme inn i systemvannet selv om termostatventilene er lukket.

Ved bruk av fyrkjelen ifølge foreliggende oppfinnelse oppnås en vesentlig kostnadsbesparelse ved fremstilling av kjelen, i forhold til kjeler av tradisjonell utførelse og sett i forhold til kjelens effekt. Videre vil systemvirkningsgraden bli tilnærmet lik kjelevirkningsgraden idet all energi holdes innenfor magasinets isolasjon. I dag oppnås ikke systemvirkningsgrader som er høyere 85 % med kjelevirkningsgrader på omkring 90 %.

Kjelen og magasinet kan som sådan leveres som en ferdigkoplet enhet direkte til byggeplassen. Risiko for feilkop-ling av sikkerhetsutrustningen for kjelen og magasinet reduseres vesentlig. Ved fyrkjelen ifølge foreliggende oppfinnelse kan kjelen utstyres med oljebrenner i den nedre luken og senere oppgraderinger forenkles i vesentlig grad ved bruk av utformingen ifølge oppfinnelsen, med innfelt kjele.

Claims (5)

1. Varmemagasin med et f yrrom anordnet i en boks (3) innrettet til innsetting i et vannmagasin (1), hvor det mellom fyrrommet ( 2) og boksen foreligger et rom som inneholder en vannmengde, KARAKTERISERT VED at minst en termostatventil (10) er anordnet i boksens topp, innrettet til å slippe vann fra boksens indre ut i magasinvannet over boksen (3) når en fastlagt minstetemperatur oppnås, og at et rør (4) forløper i det vesentlige fra magasinets (1) bunn til over f yrrommet (2) i boksens (3) indre.

2. Varmemagasin ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at fyrrommet tilføres elektrisk energi eller tilføres energi fra en annen type energi, f eks ved forbrenning av ved eller olje.

3. Fremgangsmåte ved igangsetting og drift av varmemagasinet ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED med termostatventiler (10) i boksens øvre tak å sikre intern sirkulasjon ved at de er stengt inntil vanntemperaturen i boksen når et fastlagt nivå, og deretter å hente vann til boksens indre, til over fyrenheten, fra magasinets bunn gjennom et stigerør (4) for å sikre sirkulasjon av vannet i magasinet etter at vanntemperaturen i boksen har oppnådd en minstetemperatur.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at vann hentes ut fra boksens øvre parti og overføres via en termostatventil (8) til magasinets øvre parti når termostatventilen (8) åpner ved oppnådd minimumstemperatur.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED å hente vann ut med en pumpe (7) fra boksens øvre parti og å føre vannet via en strupeventil (9) til boksens nedre parti inntil termostatventilen (8) åpner.