PL237917B1

PL237917B1 - Heating apparatus consisting of a boiler built inside a liquid buffer to supply central heating installations and sorption refrigeration units

Info

Publication number: PL237917B1
Application number: PL428624A
Authority: PL
Inventors: Jan Joński; Maciej Joński
Original assignee: Jonski Jan
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2021-06-14
Also published as: PL428624A1

Abstract

Agregat grzewczy złożony z kotła (1) opalanego biomasą drzewną zabudowany wewnątrz pojemnika energii cieplnej - bufora (2) przeznaczony jest do zasilania instalacji centralnego ogrzewania, agregatów sorpcyjnych lub cieczowych nagrzewnic powietrza. Kocioł (1) obudowany jest przegrodą termoizolacyjną (3) zapobiegającą mieszaniu się podgrzewanej cieczy grzewczej (22) z zimną cieczą grzewczą (5) i porządkującą również termograwitacyjny przepływ podgrzewanej cieczy grzewczej (22) ku górze tworzącej komin termiczny (24) podczas ładownia bufora (2). Kocioł (1) pracuje na mocy nominalnej, przy której osiąga najlepsze parametry. W przypadku mniejszego zapotrzebowania na energię cieplną, przy pracującym kotle jej nadmiar gromadzony jest w buforze lub gdy wzrasta zapotrzebowanie na energię cieplną jest ona pobierana z bufora. W najwyższej części bufora (2) nad przegrodą (10) zlokalizowany jest dodatkowy wymiennik górny (28). Do wymiennika doprowadzona jest zimna ciecz grzewcza (5) z powrotu (P) instalacji, która po podgrzaniu doprowadzana jest przewodem środkowym (4) do centralnej części bufora.The heating unit consisting of a boiler (1) fired with wood biomass built inside a thermal energy container - buffer (2) is intended to power central heating installations, sorption units or liquid air heaters. The boiler (1) is enclosed with a thermal insulation partition (3) that prevents the heated heating liquid (22) from mixing with the cold heating liquid (5) and also organizes the thermogravity flow of the heated heating liquid (22) upwards, forming a thermal chimney (24) during the loading of the buffer ( 2). The boiler (1) operates at nominal power, at which it achieves the best parameters. In case of lower demand for thermal energy, when the boiler is operating, its excess is collected in the buffer or when the demand for thermal energy increases, it is taken from the buffer. In the highest part of the buffer (2), above the partition (10), an additional upper exchanger (28) is located. Cold heating liquid (5) is supplied to the exchanger from the return (P) of the installation, which, after heating, is fed through the middle conduit (4) to the central part of the buffer.

Description

Przedmiotem wynalazku jest agregat grzewczy zbudowany z kotła dolnego spalania, w którym spalana jest biomasa drzewna, zabudowanego wewnątrz bufora cieczowego stanowiącego pojemnik energii cieplnej.The subject of the invention is a heating unit made of a lower combustion boiler, in which wood biomass is burned, and built inside a liquid buffer constituting a heat energy container.

Agregat grzewczy może być stosowany do zasilania instalacji centralnego ogrzewania, cieczowych nagrzewnic, wytwarzania ciepłej wody użytkowej a zwłaszcza do zasilania agregatów sorpcyjnych do wytwarzania wody lodowej.The heating unit can be used to supply central heating installations, liquid heaters, production of domestic hot water, and in particular to supply sorption units for the production of chilled water.

Do powyższych celów mogą być stosowane odrębne urządzenia, zewnętrznie połączone i współpracujące ze sobą, jak na przykład: „Kocioł centralnego ogrzewania, dolnego spalania, opalany drewnem” znany z opisu patentowego P.418103 zwłaszcza do współpracy z „Buforem cieczowym zbudowanym z jednego lub paru zbiorników z priorytetem cwu” - zgłoszenie patentowe P.418102. Inny system zestawu grzewczego złożony z dwóch odrębnych podzespołów kotła i bufora znany jest z opisu patentowego P.424340. W europejskim patencie EP.1379826 zawarty jest opis magazynu energii cieplnej, w którym zabudowane są różnego rodzaju wymienniki ciepła doprowadzonego z zewnątrz. W zgłoszeniach tych opisane są między innymi rurowe wielootworowe kolektory zasilające i powrotne doprowadzające i odprowadzające ciecz grzewczą w sposób nieburzliwy.For the above purposes, separate devices can be used, externally connected and cooperating with each other, such as: "Central heating, lower combustion, wood-fired boiler" known from patent description P.418103, especially for cooperation with "A liquid buffer composed of one or more DHW priority tanks "- patent application P.418102. Another system of the heating set consisting of two separate components of the boiler and the buffer is known from patent P.424340. The European patent EP.1379826 describes a thermal energy store in which various types of heat exchangers supplied from the outside are installed. These applications describe, inter alia, tubular multi-hole manifolds for the non-turbulent supply and return of the heating fluid.

Agregat grzewczy według wynalazku charakteryzuje się tym, że kocioł dolnego spalania opalany biomasą drzewną zabudowany jest w pojemniku energii cieplnej - buforze, za termoizolowaną przegrodą porządkującą termograwitacyjny przepływ podgrzewanej cieczy grzewczej ku górze tworzącej komin termiczny. Kocioł pracuje na stałej mocy nominalnej, przy której osiąga najlepsze parametry określone normą EN 3035:2012 w zakresie emisji tlenku węgla (CO), substancji smolistych OGC (lotnych związków nieorganicznych) i sprawności energetycznej. Aby uzyskać jak najlepsze w/w parametry spalania korzystne jest utrzymywanie wysokiej temperatury w ceramicznej komorze spalania lub podgrzewanie jej spiralą grzejną zasilaną energią elektryczną. W przypadku mniejszego zapotrzebowania na energię cieplną, jej nadmiar wytwarzany przez kocioł gromadzony jest w buforze a gdy wzrasta zapotrzebowanie energia cieplna jest pobierana z bufora.The heating unit according to the invention is characterized by the fact that the bottom combustion boiler fired with wood biomass is built in a heat energy container - a buffer, behind a thermally insulated partition organizing the thermogravitational flow of the heated heating liquid upwards, forming a thermal chimney. The boiler operates at a constant nominal power, which achieves the best parameters specified in the EN 3035: 2012 standard in terms of carbon monoxide (CO) emissions, OGC tar (volatile inorganic compounds) and energy efficiency. In order to obtain the best possible combustion parameters, it is advantageous to maintain a high temperature in the ceramic combustion chamber or to heat it with a heating coil powered by electricity. In case of lower demand for thermal energy, its excess produced by the boiler is stored in the buffer, and when the demand increases, thermal energy is taken from the buffer.

W celu zapewnienia nieburzliwego poboru cieczy grzewczej z bufora i powrotu schłodzonej c.g. do bufora mogą być stosowane rurowe, wielootworowe kolektory zasilające i powrotne.In order to ensure non-turbulent consumption of heating liquid from the buffer and return of cooled c.g. tubular, multi-hole supply and return manifolds can be used for the buffer.

W agregacie grzewczym występuje pięć rodzajów obiegów cieczy grzewczej:There are five types of heating liquid circuits in the heating unit:

1. Wewnętrzny, samoczynny obieg termograwitacyjny c.g. odbierający ciepło od obudowy oraz wymienników ciepła kotła i gromadzący ją w górnej części zbiornika buforowego zapewniając uzyskanie maksymalnej stratyfikacji termicznej. Intensywność tego obiegu (ładowania bufora) maleje gdy zmniejsza się moc kotła i całkowicie ustaje gdy kocioł wygaśnie.1. Internal, automatic thermogravitational cycle c.g. collecting heat from the casing and boiler heat exchangers and collecting it in the upper part of the buffer tank, ensuring maximum thermal stratification. The intensity of this cycle (loading the buffer) decreases when the boiler power decreases and stops completely when the boiler goes out.

2. Obieg odzysku energii cieplnej spalin w dodatkowym wymienniku górnym umieszczonym nad przegrodą, pod którą jest najwyższa temperatura. Do wymiennika górnego doprowadzana jest zimna ciecz grzewcza z powrotu instalacji, która po podgrzaniu odprowadzana jest przewodem środkowym do centralnej części bufora.2. The exhaust gas thermal energy recovery circuit in an additional upper exchanger located above the partition with the highest temperature. Cold heating fluid from the system return is supplied to the upper exchanger, which, after being heated, is discharged through the middle pipe to the central part of the buffer.

3. Mały obieg wyprowadzony na zewnątrz agregatu, zasilający również agregat sorpcyjny, zbudowany z instalacji złożonej z dolnego przewodu zainstalowanego na wejściu do „komina termicznego, górnego przewodu zasilającego umieszczonego na wylocie „komina termicznego”, z zaworu temperaturowego i pompy obiegowej z sondą temperaturową włączającą pompę gdy temperatura w górnej części bufora przekroczy zadaną temperaturę na przykład 85°C. Występuje to w końcowej fazie ładowania bufora, gdy ładowanie termograwitacyjne słabnie i nie ma wystarczającego poboru energii cieplnej przez odbiorniki ciepła; wtedy powinna być również zmniejszona moc kotła przez miarkownik ciągu zmniejszający pobór powietrza pierwotnego. Mały obieg służy również do podgrzewania wymienników ciepła podczas pracy kotła do temperatury powyżej 65°C (punkt rosy).3. A small circuit led outside the aggregate, also supplying the sorption aggregate, consisting of a system consisting of a lower conduit installed at the inlet to the "thermal chimney", an upper supply conduit located at the outlet of the "thermal chimney", a temperature valve and a circulation pump with a temperature probe switching on pump when the temperature in the upper part of the buffer exceeds the set temperature, for example 85 ° C. This occurs in the final phase of buffer loading, when thermogravitational loading weakens and there is insufficient heat energy consumption by heat receivers; then the boiler power should also be reduced by the draft regulator reducing the primary air consumption. The small circuit is also used to heat the heat exchangers during boiler operation to a temperature above 65 ° C (dew point).

4. Wysokotemperaturowy, wyodrębniony obieg zewnętrzny, otwierany zaworem temperaturowym do zasilania agregatu sorpcyjnego do wytwarzania wody lodowej.4. High-temperature, separate external circuit, opened with a temperature valve to supply a sorption unit for the production of chilled water.

5. Obiegi do zasilania innych odbiorników ciepła złożone z zasilającego kolektora instalacji c.o., zaworu termostatycznego mieszającego nastawnego, pompy zasilającej, odbiorników ciepła, instalacji powrotnej z zaworem termostatycznym nastawnym i przewodu powrotu z instalacji.5. Circuits for supplying other heat receivers, consisting of the supply collector of the central heating system, the thermostatic mixing valve, the feed pump, heat receivers, the return installation with an adjustable thermostatic valve and the return pipe from the installation.

Obiegi te mogą działać oddzielnie lub wspólnie, nakładając się, wzmacniając przepływy i wymiany energii cieplnej zawartej w cieczy grzewczej.These circuits can operate separately or together, overlapping, enhancing the flows and exchanges of thermal energy contained in the heating fluid.

PL 237 917 B1PL 237 917 B1

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój pionowy przez środek agregatu grzewczego.The subject of the invention is illustrated by an exemplary embodiment in which Fig. 1 shows a vertical section through the center of the heating unit.

Agregat grzewczy według wynalazku zbudowany jest z kotła 1 zabudowanego w buforze 2. Kocioł 1 obudowany jest przegrodą termoizolacyjną 3 zapobiegającą mieszaniu się podgrzewanej cieczy grzewczej 22 z zimną cieczą grzewczą 5. Zimna ciecz grzewcza 5 wpływająca szczeliną 23 i przewodem powrotu z instalacji 13 podgrzewana jest wskutek przenikania ciepła od spalin z komory paliwowo-gazyfikacyjnej 6 oraz z ceramicznej komory spalania 7 i od pionowego wymiennika ciepła 8 z poziomymi płomieniówkami 9. Wskutek zmniejszania się ciężaru właściwego, podgrzewana c.g. 22 w utworzonym kominie termicznym 24 termograwitacyjnie unosi się do góry a na dół szczeliną 23 napływa zimna ciecz grzewcza 5. Intensywność obiegu jest wzmacniana pompą obiegową 12 gdy temperatura na wylocie komina termicznego 24 przekroczy zadaną wartość, np. 90°C. Wtedy również zmniejszana jest moc kotła poprzez zamykanie dopływu powietrza pierwotnego p.p. miarkownikiem ciągu 27. Na tym polega ładowanie bufora, tj. doprowadzanie gorącej c.g. do górnej części zbiornika z jednoczesnym odprowadzaniem zimnej c.g. z dolnej części.The heating unit according to the invention consists of a boiler 1 built into the buffer 2. The boiler 1 is enclosed with a heat-insulating partition 3 preventing the heated heating liquid 22 from mixing with the cold heating liquid 5. The cold heating liquid 5 flowing in through the slot 23 and the system return line 13 is heated due to heat transfer from the exhaust gases from the fuel and gasification chamber 6 and from the ceramic combustion chamber 7 and from the vertical heat exchanger 8 with horizontal smoke tubes 9. As a result of the reduction of the specific weight, the cg is heated 22 in the formed thermal chimney 24 thermogravitatively rises upwards and down through the slit 23 a cold heating liquid 5 flows. The circulation intensity is amplified by the circulation pump 12 when the temperature at the outlet of the thermal chimney 24 exceeds the preset value, e.g. 90 ° C. Then, the boiler power is also reduced by closing the primary air supply, i.e. with the thrust regulator 27. This is how the buffer is loaded, i.e. supplying hot c.g. to the top of the tank with simultaneous discharge of cold c.g. from the bottom.

W górnej części bufora 2 na wylocie z komina termicznego 24, gdzie c.g. ma najwyższą temperaturę zainstalowany jest górny przewód zasilający 14 z otworem wlotowym 25 z wyprowadzonym na zewnątrz przewodem zasilającym 10 do zaworu temperaturowego 11 otwierającego się po przekroczeniu minimalnej temperatury np. 75°C koniecznej do zasilania nieuwidocznionego na rysunku agregatu sorpcyjnego AS. Jeżeli temperatura jest niższa lub nie ma poboru gorącej c.g. do agregatu sorpcyjnego AS, ciecz grzewcza krąży w małym obiegu doładowując bufor.In the upper part of the buffer 2 at the outlet of the thermal chimney 24, where c.g. has the highest temperature, an upper supply line 14 with an inlet 25 is installed with a supply line 10 led to the outside to the temperature valve 11, which opens when the minimum temperature, e.g. 75 ° C, necessary to supply an AS sorption unit, not shown in the drawing, is exceeded. If the temperature is lower or there is no hot c.g. to the AS sorption unit, the heating liquid circulates in the small circuit topping up the buffer.

Poniżej górnego przewodu zasilającego 14 zainstalowany jest przewód instalacji c.o. 20 z pionowo usytuowanym otworem pobierającymi 15 z pompą odbioru mocy 17 współpracującą z zaworem termostatycznym mieszającym nastawnym 18. W dolnej części bufora zainstalowany jest powrót P z instalacji 13 z pionowo usytuowanym otworem wylotowym 26. Temperatury powrotów c.g. z tych odbiorników na dół bufora 2 nie powinny być zbyt wysokie gdyż następować będzie mieszanie się zbyt gorącej cieczy z zimną powodując niszczenie stratyfikacji termicznej. W tym celu zastosowano zawór termostatyczny 19 przytrzymujący powrót niewystarczająco schłodzonej cieczy.Below the upper supply line 14, the central heating system cable is installed. 20 with a vertically located intake opening 15 with a power take-off pump 17 cooperating with an adjustable thermostatic mixing valve 18. In the lower part of the buffer there is a return P from the installation 13 with a vertically located outlet 26. Return temperatures c.g. from these receivers downstream of the buffer 2 should not be too high as too hot liquid will mix with the cold, destroying the thermal stratification. For this purpose, a thermostatic valve 19 is provided to hold back the insufficiently cooled liquid.

Otwór wylotu 21 dolnego przewodu 16 skierowany jest ku górze w celu zapobiegnięcia wypływu c.g. w strefę zimnej cieczy grzewczej 5. Pomiędzy przewodem powrotnym 16 i przegrodą termoizolacyjną 3 jest szczelina 23, którą może przepływać zimna ciecz 5 podczas ładowania bufora.The outlet opening 21 of the lower conduit 16 points upwards to prevent leakage of c.g. into the cold heating liquid zone 5. Between the return line 16 and the heat-insulating baffle 3 there is a gap 23 through which the cold liquid 5 can flow during loading of the buffer.

W najwyższej części bufora 2 nad przegrodą 10 zlokalizowany jest dodatkowy wymiennik górny 28. Do wymiennika doprowadzona jest zimna ciecz grzewcza 5 z powrotu P instalacji, która po podgrzaniu doprowadzana jest przewodem środkowym 4 do centralnej części bufora.In the uppermost part of the buffer 2, above the partition 10, there is an additional upper exchanger 28. The exchanger is supplied with cold heating fluid 5 from the installation return P, which, after being heated, is supplied through the central conduit 4 to the central part of the buffer.

Claims

1. A heating unit consisting of a boiler built inside a liquid buffer, characterized in that the boiler (1) is separated from the buffer (2) in the space around the heat exchanger (8) by a heat-insulating partition (3), at the bottom of which is a lower conduit (16) with an outlet opening (21), and at the top, at the outlet of the thermal chimney (24), there is an upper supply conduit (14) with an inlet (25) of a small circuit and supply of the sorption unit (AS) through a temperature valve (11).

2. A heating unit according to claim A lower conduit (16) with the outlet opening (21) pointing upwards at the inlet to the thermal chimney (24), and a gap (23) between it and the heat-insulating partition (3).

3. A heating unit according to claim A heat exchanger according to claim 1, characterized in that in the highest part of the buffer (2) above the partition (10) there is an additional upper exchanger (28) with a cold heating liquid conduit (5) and a central conduit (4) connected to the central part of the buffer (2)