NO800855L - Varmelagrer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en varmelagrer bestående av en beholder for å motta varmelagringsmidlet, med et tilløp og til-bakeløp for bruks vann som '.skal oppvarmes i varmelagreren og som står under trykk fra et vannledningsnett, og med minst én innmatnings-varmeveksler som via tilførsels- og avløpsled-

ninger for et varmebærende medium kan.forbindes med en varmekilde eller en varmesamler.

Varmelagrere av denne type blir først og fremst anvendt

i forbindelse med solvarmesamlere, varmepumper og eventuelt tilskuddsoppvarmingsanordninger for forsyning, av varmt vann.

Det dreier seg i denne forbindelse om varmtvannskjeier som dermed står under trykk fra vann ledningsnettet, hvorved bruksvannet selv utgjør lagringsmediumet. Følgelig er lag-ringsbehoiderne utformet som trykkbeholdere og underlagt spesielle sikkerhetsbestemmelser.

Slike trykkbeholdere blir derfor i overveiende grad utformet som sylindriske stålbeholdere som er forsynt med tykke metallvegger. Dette gjør at disse lagringsbeholdere

blir meget tunge, og av denne grunn er det spesielt omstendelig

å håndtere disse når de installeres. Dessuten tilstrebes det en vertikal temperaturskiktdannelse i slike 'lagringsbeholdere,

og en slik temperaturskiktdannelse kan bare med vanskelighet og bare i kort tid oppnås på grunn av den tykke metållvegg som har god varmeledningsevne. Dessuten er stålbeholdere beheftet-med den ytterligere ulempe at det er nødvendig med en pålitelig, hygienisk og fysiologisk aksepterbar korrosjcmsbeskyttelse da bruksvannet også ofte kan være drikkevann.

For å avhjelpe noen av disse ulemper er det for frem-stilling av slike lagringsbeholdere allerede blitt anvendt viklede rør av plast. For at disse rør av fasthetsgrunner ikke skal behøve å måtte vikles ekstremt tykke er man tvunget til å forsyne slike, beholdere med viklede rør med en glass-fiberarmering. Til tross for dette er beholderstørrelsene underkastet visse grenser fordi plast-beholderveggen har en tykkelse som selv ved herskende bruksvanntrykk av størrelses-ordenen 2-3 bar har en tykkelse som er flere ganger større

enn tykkelsen for sammenlignbare stålvegger.

Det er en ytterligere ulempe ved de kjente varmelagrere, uavhengig av om de omfatter en stålbeholder eller en plastbe-holder, at utettheter medbringer risiko for at drikkevannet skal bli forurenset. Således kan f.eks. det varmebærende' medium komme direkte over i bruksvannet fra et solvarmeopp-samlingskretsløp dersom en innmatnings-varmeveksler er be-skadiget. Disse varmebærende væsker kan være brennbare eller giftige, og av denne grunn er de allerede i små mengder i det minste ikke tolererbare i drikkevann.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på for en varmelagrer av den ovennevnte type å kunne anvende enklere beholdere med større volum, men som.likevel har en lav vekt og fremfor alt kan fremstilles av plast.

Denne oppgave løses for en varmelagrer av den angitte type ved at varmelagringsmediumet i beholderen befinner seg uten innvirkning av et ytre overtrykk og er adskilt fra bruksvannet, idet en uttaks-varmeveksler er anordnet i beholderen og står i forbindelse med bruksvannstilførselen og -tilbake-førselen.

Den spesielle, fordel ved varmelagreren ifølge oppfinnelsen beror på at lagringsbeholderen ikke er utformet som en trykkbeholder. Denne beholder kan derfor fremstilles

f.eks., av tynt stålblikk som for oppfangning av det statiske trykk fra varmelagringsmediumet kan være forstivet ved hjelp av enkle ribber eller kanter. Fortrinnsvis kan en slik t.rykk-fri beholder fremstilles av temperaturbestandig plast, og av denne grunn kan de i form av brenseloljetanker kjente plastbeholdere anvendes som fremstilles av polypropylen eller poly-ethylen ved ekstruderingsblåseprosessen. Dersom man fortrinnsvis også anvender beholdere av plast som er forsynt med innbuktninger som når inntil midten av beholderen og der er forbundet med hverandre, lar det seg lett gjøre å få en kapasitet for varmelagringsbeholderen av størrelsesordenen 1000 liter eller derover. Jo større lagringsbeholderens volum er, desto lavere kan den midlere gjennomsnittstemperatur holdes, og dette forbedrer virkningsgraden f.eks. for et sol-varmeoppsamlingsanlegg.

Ved en kapasitet på ca. 1000 liter har en slik plast-beholder en vekt av under 50 kg, og i forhold til en slik beholder er en sammenlignbar ståltrykkbeholder ti ganger så tung. En slik lett lagringsbeholder lar seg tilsvarende enkelt transportere og installere på monteringsstedet. I forhold til de kjente piasttrykkbeholdere fås fordelen ved det langt lavere materialforbruk for en sammenlignbar kapasitet, hvorved den tynne beholdervegg for lagringsbeholderen ifølge oppfinnelsen sammenlignet med veggen for en piasttrykkbeholder har en ytterligere nedsatt varmeledningsevne, hvorved en god og tidsmessig stabil temperaturskiktdannelse i varmelagreren blir ytterligere befordret.

Dessuten blir den korrosjonsbeskyttelse som for plastbeholdere uten videre kan sløyfes, enklere for tynnveggede . stålbeholdere da disse kan settes sammen av allerede korro-sjonsbeskyttet blikk. Ikke bare derved fås en hygienisk og fysiologisk beskyttelse av bruksvannet som spesielt også

kan være drikkevann. Til dette bidrar dessuten uttaksvarmeveksleren som skiller lagringsmediumet som for det meste består av vann, fra bruksvannet. Derved fås en ytterligere sikkerhet mot forurensning av det som drikkevann anvendte bruksvann, selv ved et overløp av det varmebærende medium, f.eks. fra solvarmeoppvarmingskretsløpet til varmelagringsmediumet. Dertil betraktes det som en ytterligere fordel at bruksvannet som i forhold til varmelagringsmediumet står under overtrykk, riktignok kan komme over i lagringsmediumet ved en lekkasje, men inntrengning av lagringsmediumet i bruksvannet vil forhindres.

Det skal dessuten nevnes at det er en spesiell fordel ved varmelagreren ifølgé oppfinnelsen at det fra denne fjernede varmtvann alltid er friskt vann. Det dreier seg altså her ikke om oppvarmet vann som allerede lenge har befunnet seg i varmelagreren og som erfaringsmessig smaker flaut.

De ytterligere fordeler ved oppfinnelsen er angitt i de

avhengige patentkrav og i den nedenstående beskrivelse.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningen i forbindelse med et utførelseseksempel. Tegningen viser et vertikalsnitt gjennom en varmelagrer ifølge oppfinnelsen.

På tegningen er vist en lagringsbeholder 1 som fortrinns vis består av tynnvegget plast. Den har en kvadratformig utformning og har på"alle sider som befinner seg overfor hverandre, en innbuktning 2 ("Einstulpung") som når inntil midten av beholderen. Disse 'innbuktninger 2 er f.eks. fast forbundet med hverandre, f.eks. sveiset til hverandre,

på et berøringssted 3 som befinner seg midt 1 beholderen. Derved blir beholderen 1 selvbsrende. Innbuktningene 2

som er forbundet med hverandre, hindrer en utbuling av beholderen på dé større sideflater, hvorved en slik plastbe-holder kan fremstilles med en kapasitet på 1000 liter eller derover. Det er for dette formål fremfor alt avgjørende at beholderen 1 er trykkløs slik at beholderens vegg bare må

være istand til å motstå det statiske trykk av det flytende lagringsmedium som fortrinnsvis utgjøres av vann. Beholderen

"1 kan derfor prinsipielt også fremstilles f.eks. av tynt stålblikk.

Anvendelsen av plast for beholderen 1 byr imidlertid på ytterligere fordeler i forbindelse med en ønsket vertikal temperaturskiktdannelse for varmelagringsmediumet i beholderen 1. Alle kjente plaster har en meget lav varmeledningsevne,

og av denne grunn hindres varmekortslutning via beholderveggen mellom de enkelte temperaturskikt fremfor alt når beholderens 1 vegg er tynn.

Anvendelse av plast for beholderen 1 er også fordelaktig hva gjelder varmeutvidelsen. Beholderen 1 kan nemlig

fylles helt med vann som lagringsmedium uten at det er nød-vendig med ytterligere utjevningsbeholdere. Når lagringsmediumet får øket temperatur på grunn av varmetilførsel, ut-vider både beholderen og vannet seg. Da vannets midlere lineære varmeutvidelsestall er mindre enn for plasten i beholderen. 1, kan intet overtrykk oppstå i beholderen 1 på

grunn av varmeutvidelse, selv dersom beholderen ikke er forsynt med ekspansjonsfuger eller lignende elastiske elementer.

Av disse grunner kan plastbeholderen 1 uten videre være glatt-vegget.

Beholderen 1 er på sin overside forsynt.med stusser 4 som.kan stenges med et lokk 5 og som er beregnet for ifylling av lagringsmediumet og for anbringelse av de nødvendige armaturer. Slike tilkoblingsstusser kan prinsipielt også være anordnet på andre steder av beholderen 1.

En innmatningsvarmeveksler 6 tjener til innføring av varme i lagringsmediumet fra en varmekilde. Denne varmeveksler 6 er anordnet nær beholderens 1 bunn og har en langstrakt form. ifølge utførelseseksemplet er innmatningsvarmeveksleren 6 spiralformig utformet og har sin lengdeakse i horisontal retning. Den horisontale utstrekning er av viktig-het for den ønskede varmeskiktdannelse i lagringsmediumet for at det ikke skal finne sted en varmekortslutning over varmeveksleren som sådan.

Varmeveksleren 6 er forbundet med en tilførselsledning . 8 og en avløpsledning 7 som oventil er ført ut av beholderen 1 gjennom én av stussene 4 og det tilknyttede lokk 5. Til-førselsledningen 8 og avløpsledningen 7 for innmatningsvarmeveksleren 6 kan utgøre fremførings- og tilbakeløpet for et solvarmeoppsamlingssystem. På samme.måte kan innmatningsvarmeveksleren 6 også være forbundet med en annen varmekilde, som en tilleggsoppvarmningsanordning. Det er også mulig å ha flere innmatningsvarmevekslere 6 i beholderen 1 for for-, uten den oppfangede solvarme som via et sirkulerende varme bærende medium i det tilsvarende oppsamlingskretsløp trans-porteres inn i varmelagreren, å innføre varmen fra et opp-varmingsanlegg eller fra en varmepumpe i lagringsmediumet.

På grunn av den økede varmekapasitet kan en varmelagrer ifølge oppfinnelsen f. eks. også anvendes for å ..forbedre den dårlige virkningsgrad ved varmtvannstilberedning ved hjelp

av et oljefylt sentralvarmeanlegg om sommeren. Varmen som utvikles av varmeanlegget innføres da i varmelagreren via innmatningsvarmeveksleren 6, og det nødvendige varmtvann tas ikke fra varmeanleggets kjele, men fra varmelagreren. Til tross for tapene fra varmelagreren fås en betydelig forbedret

samlet virkningsgrad fordi driftsintervallene for varmeanlegget kan gjøres lengre. Som kjent nedsetter en hyppig igangsettelse av et varmeanlegg virkningsgraden.

En pumpe 9 for det varmebærende medium kan være bygget inn i avløpsledningen 7 eller tilsvarende også i tilførsels-ledningen 8.

For å sikre at det fås en god varmeovergang mellom varme veksleren 6 og lagringsmediumet også når temperaturforskjellen mellom det varmebærende medium og varmemediumet ligger ved den nedre grense, vil varmeveksleren kunne gjøres større, men. det.te er kostbart og en materialkrevende løsning. Istedenfor dette strømmer det varmelagrende medium rundt varmeveksleren 6 i varmelagreren ifølge oppfinnelsen, hvorved imidlertid en om-røring av det samlede varmelagrende medium må unngås. Dette ville ellers ha gått ut over den ønskede vertikale temperaturskiktdannelse i det varmelagrende medium. Innen området for den ene ende av den langstrakte varmeveksler 6 er derfor en stråleinnretning 11 anordnet, og ved den motsatte ende av varmeveksleren 6 befinner en avsugningsinnretning 12 seg, og disse begge innretningér er via en sugeledning 13 og en trykkledning 15 forbundet med en sirkulasjonspumpe 14 som f.eks.

er anordnet utenfor beholderen 1. Når sirkulasjonspumpen 14 settes igang, vil derfor det varmelagrende medium suges vekk ved den ene ende av varmeveksleren og igjen strømme inn i denne ved den annen ende. Det er fordelaktig å sette sirkulasjonspumpen 14 igang bare når varme skal tilføres til varmeveksleren 6 via tilførselsledningen 8. Pumpen 14 for sirkula-sjon gjennom varmeveksleren 6 skal derfor bare settes igang når f.eks. solenergioppsamlerne også virkelig leverer energi. For dette formål anvendes som oftest en egnet styring, hvorved sirkulas jonspumpen 14 f.eks. kan være paralellkoblet i_____ forhold til pumpen 9 for det varmebærende medium.

Minst en ytterligere varmeveksler 16 er anordnet høyt oppe i beholderen 1, men i hvert tilfelle under det varmelagrende mediums overflate, og denne varmeveksler er en uttaksvarmeveksler. Denne kan være av den samme eller av en annen konstruksjon enn innmatningsvarmeveksleren 6. På samme måte som for denne er det imidlertid foretrukket at varmeveksleren 16 har en langstrakt form og at dens lengderetning forløper horisontalt for ikke uheldig å påvirke temperatur-skiktdannelsen. i beholderen 1. For på samme måte som for innmatningsvarmeveksleren .6 å øke varmeovergangen mellom lagringsmediumet og bruksvannet som strømmer gjennom uttaksvarmeveksleren 16, er også ved den ene ende av varmeveksleren 16

en stråleinnretning 11 og'ved den annen ende en avsugnings-

innrétning 12 anordnet som via en sugeledning 13 og en ytterligere trykkledning 15 står i forbindelse med en annen sirkulasjonspumpe 14 .

Til uttaksvarmeveksleren 16 tilføres friskt kaldt vann via et innløp 17, og det kalde vann oppvarmes i uttaksvarmeveksleren 16 og kommer via en bruksvanntilbakeløpsledning 18 til de forskjellige tappesteder. Bruksvannet står da under trykk fra f.eks. et offentlig vannledningsnett, og uttaksvarmeveksleren 16 må derfor være tilsvarende trykkfast konstruert. Dersom flere vannkretser.skal forsynes, kan også flere uttaksvarmevekslere 16 være anordnet i beholderen 1. Virkningsgraden av et varmeanlegg med forholdsvis kortvarig innkoblingstid for å øke varmeanleggets kjeleforløpstem-peratur kan også forbedres ved hjelp av en slik uttaksvarmeveksler 16.

Uansett for hvilket formål varmtvannet fra uttaksvarmeveksleren 16 er beregnet, er det også her på samme måte som allerede forklart i forbindelse med innmatningsvarmeveksleren 6, fordelaktig å styre sirkulasjonspumpen 14 som er tilknyttet, uttaksvarmeveksleren 16, i avhengighet av varmtvannsuttaket.

Som allerede nevnt kan beholderen 1 fylles fullstendig med det varmelagrende medium, og de" forblir under visse be-tingelser trykkløs også når den er tett lukket. Det er gunstig, å anordne en lufteventil 10 på oversiden av beholderen 1, f.eks. på ett av lokkene 5 for stussene 4, fordi det varmelagrende medium, spesielt vann, inneholder oppløst luft efter at det er blitt fylt i beholderen 1, og fordi denne luft først unnviker ved oppvarmingen. Denne luft må kunne unnvike fra beholderen 1 da det ellers vil oppstå en gasspute i beholderen 1 som kan føre til et overtrykk i beholderen. Forsåvidt gjør også lufteventilen 10 det unødvendig med en egen utvidelses-beholder.

Stussene 4 som er stengt med blindflenser eller med lokkene 5, kan anvendes for anbringelse av ytterligere armaturer, som f.eks. termometere. Det er da dessuten av avgjørende betydning at stussenes 4 bredde avpasses slik at de følere som.skal innføres i beholderen 1, men spesielt varmevekslerne 6 og 16, kan føres inn gjennom disse. Der-

ved er det mulig å foreta en enkel montering av apparatene,

og det sikres også at disse lett kan byttes ut. Dessuten kan lokkene 5 på stussene 4 ha små åpninger eller planlagte utettheter for å kunne tillate en trykkutjevning mellom beholderens indre og omgivelsen.

Den samlede beholder 1 er omgitt av en isolasjonskappe

. for på den ene side å holde varmetapene så lave som mulig og på. den annen side å unngå en unødvendig oppvarming av de soner eller rom som grenser mot varmelagreren. Som isolasjons-materiale kan f.eks. glass- eller mineralull, og dessuten skumplaster, anvendes. Det er gunstig at isoleringen er skål-formig utformet og at den består av en bunn 19 med på bunnen anordnede oppstående sidedeler 20 som bærer et lokk 21. Sidedelene 20 kan med fordel være utformet som halvskåler. Isolasjonssidedelene 20.og lokket 21 lar det blir tilbake

'en avstand til beholderens 1 vegg for at isoleringen ikke skal utsettes på påkjenning av beholderens varmeutvidelse. Dette er fremfor alt viktig ved anvendelse av plastbeholdere som efter beregning skal utvide seg uten økning av det inn-vendige trykk og uten anvendelse av en egen utvidelsesbe-holder. For å unngå strålingstap er det fordelaktig å be-legge beholderisoleringens innersider 22 med en reflekterende folie, som f.eks. en glanset aluminiumfolie.

Claims (13)

1. Varmelagrer bestående av en beholder for mottagelse .av et varmelagrende medium, med et tilløp og et tilbakeløp for bruksvann som skal oppvarmes i beholderen og som står under trykk fra et vannledningsnett, idet varmelagreren har minst én innmatningsvarmeveksler som via tilførsels- og avløps-ledninger for et varmebærende medium kan forbindes med en varmekilde eller med en varmesamler, karakterisert ved at lagringsmediumet ( står uten.et ytre overtrykk i beholderen (1) og er adskilt fra bruksvannet, idet det i beholderen (1) er anordnet en uttaksvarmeveksler (16) som bruksvanntilførselen (17) og -tilbakeløpet (18) står i forbindelse med.

2. Varmelagrer ifølge krav 1, karakterisert ved at innmatningsvarmeveksleren (6) er anordnet på eller nær det dypeste sted i beholderen (1) og at uttaksvarmeveksleren (16) er anordnet nær overflaten av lagringsmediumet i beholderen (1), og at begge er i det vesentlige langstrakt utformet og anordnet i horisontal retning.

3. Varmelagrer ifølge krav 2, karakterisert ved at en sirkulasjons-anordning (11 til 15) for lagringsmediumet er anordnet innen området for hver av varmevekslerne (6,16).

4. Varmeveksler iø lge krav 3, karakterisert ved åt sirkulasjonsinn- .retningen består av en sirkulasj.onspumpe (14) som på den ene side står i forbindelse med en sugeinnretning (12) som er anordnet innen området for den ene ende av den tilknyttede varmeveksler (6,16), og på den annen side står i forbindelse med en stråleinnretning (11) som er anordnet innen området for den annen ende av denne varmeveksler (6,16).

5. Varmelagrer ifølge krav 3 eller 4, karakt, erisert. ved at driften av sirkulasjons innretningen (11 til 15) for uttaksvarmeveksleren (16) styres i avhengighet- av bruksvanngjennomstrømningen og/eller driften av sirkulasjonsinnretningen (11-15) for innmatnings-. varmeveksleren (6) styres i avhengighet av gjennomstrøm-ningen av det varmebærende medium.

6. Varmelagrer ifølge krav 1-5, karakterisert ved at beholderen (1) for' lagringsmediumet består av temperatur bestandig plast med lav varmeledningsevne.

7. Varmelagrer ifølge krav 6, karakterisert v ;e d at plastbeholderen (1) på motstående sider er forsynt med innbuktninger (2) som -direkte eller indirekte er forbundet med hverandre.

8. Varmeveksler ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at plastbeholderen (1) er. fullstendig fylt med lagringsmediumet.

9. Varmelagrer ifølge krav 8, karakterisert ved at plastbeholderen (1) er forsynt med en lufteventil (10) på plastbeholderens høyeste sted.

10. Varmelagrer ifølge krav 1-9, karakterisert ved at beholderen (1) har flenser eller stusser (4) som kan stenges med lokk og som har en bredde som er tilpasset til varmevekslernes (6,16) omkretsform.

11. Varmelagrer ifølge krav 10, karakterisert ved at lokkene (5) sammen med varmevekslerne (6,16) og/eller sirkulasjonsinnretningene (11 til 15) danner en konstruksjonsmessig enhet.

12. Varmelagrer ifølge krav 6-11, karakterisert ved at.en isoleringsmantel (19 til 21) på alle sider omgir varmebeholderen (1) og at is.oleringsmantelen i sideretning og oventil er anordnet i avstand fra beholderveggen.

13. Varmelagrer ifølge krav 12, karakterisert ved at isoleringsmantelen (19 til 21) er belagt med en reflekterende folie på sine innersider (22) .