PL248515B1 - Sterowany magazyn energii cieplnej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sterowany magazyn energii cieplnej, składający się z izolowanego termicznie dwukomorowego zbiornika wody (1), w którym znajduje się uszczelniona termoizolacyjna przegroda (2), która dzieli zbiornik wody (1) na komorę pierwszą (A) schłodzonej wody i komorę drugą (B) ciepłej wody. Poza zbiornikiem wody (1) komora pierwsza (A) schłodzonej wody połączona jest z komorą drugą (B) ciepłej wody poprzez pompę obiegową (3) i podgrzewacz wody (4). Do komory pierwszej (A) schłodzonej wody podłączona jest rura doprowadzająca wodę, a do komory drugiej (B) ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest pompa odprowadzająca (5). W rurze doprowadzającej wodę do komory pierwszej (A) schłodzonej wody i w rurze odprowadzającej wodę z komory drugiej (B) ciepłej wody umieszczone są czujniki temperatury (6.1, 6.2), które wraz z pompą obiegową (3) i pompą odprowadzającą (5) połączone są ze sterownikiem (7). Charakteryzuje się on tym, że przegrodą (2) jest stożkowa rura harmonijkowa, która w zbiorniku wody (1) pierwszym końcem zamocowana jest na stałe do ścian bocznych zbiornika wody (1), zaś jej drugi koniec jest zaślepiony. W przegrodzie (2) umieszczony jest czujnik położenia (8) przegrody (2), który połączony jest ze sterownikiem (7). Pompa odprowadzająca (5) połączona jest poprzez wymiennik ciepła (9) i rurę doprowadzającą wodę z komorą pierwszą (A) schłodzonej wody.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sterowany magazyn energii cieplnej, zwłaszcza generowanej przez infrastrukturę informatyczną w centrach danych.

Dotychczas znane są różne rozwiązania urządzeń do magazynowania ciepła oraz różne warianty układów generujących i akumulujących ciepło.

W opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN211204445U przedstawiony jest zbiornik na ciepłą wodę wyposażony w ruchomą względem ścian bocznych płytę przegrodową rozdzielającą zbiornik na dwie komory z ciepłą wodą o zróżnicowanej temperaturze. W środku zbiornika zamocowany jest pręt pozycjonujący płytę przegrodową, na którym płyta ta może się swobodnie przesuwać w zależności od ilości zimnej wody doprowadzanej i podgrzewanej w każdej z tych komór zbiornika.

Elektryczny podgrzewacz wody składający się między innymi z cylindrycznego zbiornika z rurą grzewczą oraz z przegrodą przesuwaną na centralnie zamocowanym gwintowanym pręcie, który napędzany jest silnikiem umieszczonym na zewnątrz zbiornika ujawniony jest w opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN212902000U. Budowa podgrzewacza umożliwia też skuteczne usuwanie kamienia.

Zintegrowany podgrzewacz elektryczny z warstwowym zbiornikiem wody do magazynowania ciepła zaprezentowany jest w opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN209101544U. Głównymi komponentami są zbiornik wody do magazynowania ciepła, elektryczny podgrzewacz i układ sterowania. Wewnątrz zbiornika wody umieszczona jest płyta rozdzielająca wodę gorącą od wody mieszanej o niższej temperaturze oraz płyta rozdzielająca wodę zimną od wody mieszanej. Płyty te wyposażone są odpowiednio w dyfuzor ciepłego i dyfuzor zimnego medium. Warstwa wody o niskiej temperaturze na skutek większej gęstości znajduje się przy dnie zbiornika wody, a warstwa wody o wysokiej temperaturze znajduje się w górnej części zbiornika wody. Dzięki przedziałowej konstrukcji podgrzewacza nie musi być podgrzewana cała woda w zbiorniku, aby korzystać z ciepłej wody. Po włączeniu prawie natychmiastowo dostępna jest ciepła woda do użytkowania.

W opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN209978388U przedstawiony jest zbiornik do magazynowania ciepłej wody. Charakteryzuje się on tym, że wewnątrz cylindrycznego zbiornika znajduje się ruchoma izolacyjna przegroda przesuwana za pomocą śruby pociągowej napędzanej silnikiem, który znajduje się poza zbiornikiem wody. Ciepła woda jest gromadzona w części nad przegrodą, a zimna woda w części pod przegrodą. Obydwie te części zbiornika połączone są rurą wody obiegowej. Zimną wodę doprowadza się od dołu, a ciepłą wodę odprowadza się od góry zbiornika. Na podstawie mierzonej temperatury tych wód sterownik za pomocą silnika zmienia położenie przegrody w zbiorniku, co jednocześnie zmienia objętość gromadzonej ciepłej wody. Zapobiega się też mieszaniu zimnej i ciepłej wody w zbiorniku.

Opis zgłoszenia patentowego US5898818A ujawnia magazyn energii cieplnej zawierający m.in. izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody, w którym znajduje się uszczelniona przegroda, która dzieli zbiornik wody na komorę pierwszą schłodzonej wody i komorę drugą ciepłej wody, natomiast poza zbiornikiem wody komora pierwsza schłodzonej wody połączona jest z komorą drugą ciepłej wody poprzez zawór, przy czym przegrodą jest rura harmonijkowa, która w zbiorniku wody pierwszym końcem zamocowana jest do jednej z podstaw, zaś jej drugi koniec jest zaślepiony.

Opis zgłoszenia patentowego CN105758029A ujawnia magazyn energii cieplnej zawierający m.in. izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody, w którym znajduje się uszczelniona termoizolacyjna przegroda, która dzieli zbiornik wody na komorę pierwszą schłodzonej wody i komorę drugą ciepłej wody, natomiast poza zbiornikiem wody komora pierwsza schłodzonej wody połączona jest z komorą drugą ciepłej wody poprzez pompę obiegową, przy czym przegrodą jest rura harmonijkowa, która w zbiorniku wody pierwszym końcem zamocowana jest do jednej ze ścian bocznych, zaś jej drugi koniec jest zaślepiony.

Dotychczasowe konstrukcje magazynów ciepła nie zawsze mogą być w efektywny sposób wykorzystywane. W systemach ciepłowniczych lub chłodniczych problemem jest energooszczędne zintegrowanie wszystkich współpracujących elementów, w tym szczególnie służących do przechowywania energii cieplnej.

Celem wynalazku jest ekonomicznie i ekologicznie korzystne magazynowanie energii cieplnej, szczególnie tej, która generowana jest w centrach danych.

Przedmiotem wynalazku jest sterowany magazyn energii cieplnej zawierający izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody, w którym znajduje się uszczelniona termoizolacyjna przegroda w postaci rury harmonijkowej dzieląca zbiornik wody na komorę pierwszą schłodzonej wody i komorę drugą ciepłej wody. Przegroda w postaci rury harmonijkowej w zbiorniku wody jest pierwszym końcem zamocowana na stałe do ścian bocznych zbiornika wody, zaś jej drugi koniec jest zaślepiony. Poza zbiornikiem wody komora pierwsza schłodzonej wody połączona jest z komorą drugą ciepłej wody. Istotą wynalazku jest to, że przegrodą jest stożkowa rura harmonijkowa. Poza zbiornikiem wody komora pierwsza schłodzonej wody połączona jest z komorą drugą ciepłej wody poprzez pompę obiegową i podgrzewacz wody. Do komory pierwszej schłodzonej wody podłączona jest rura doprowadzająca wodę. Do komory drugiej ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest pompa odprowadzająca. Pompa odprowadzająca połączona jest poprzez wymiennik ciepła i rurę doprowadzającą wodę z komorą pierwszą schłodzonej wody. W rurze doprowadzającej wodę do komory pierwszej schłodzonej wody i w rurze odprowadzającej wodę z komory drugi ej ciepłej wody umieszczone są czujniki temperatury, które wraz z pompą obiegową i pompą odprowadzającą połączone są ze sterownikiem. W przegrodzie umieszczony jest czujnik położenia przegrody, który połączony jest ze sterownikiem.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest to, że zapewnione są stabilne dostawy energii cieplnej. Magazynowane ciepło może być używane do równoważenia szczytowych obciążeń w sieci energetycznej.

Sterowany magazyn energii cieplnej w przykładach wykonania przedstawiony jest na schematycznym rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - sterowany magazyn energii cieplnej w pierwszym przykładzie wykonania,

Fig. 2 - sterowany magazyn energii cieplnej w drugim przykładzie wykonania.

Sterowany magazyn energii cieplnej w przykładach wykonania zastosowany jest w systemie grzewczym szkoły do gromadzenia ciepłej wody wykorzystywanej pośrednio do ogrzewania klas oraz do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Do podgrzewania wody używane jest ciepło odpadowe z mieszczącej się w szkole serwerowni i uzupełniająco energia z innych źródeł. Sterowany magazyn energii cieplnej w pierwszym przykładzie wykonania składa się z izolowanego termicznie dwukomorowego zbiornika wody 1 w kształcie pionowo ustawionego walca. Zbiornik wody 1 o pojemności 1000 I wykonany jest z emaliowanej stali węglowej pokrytej od wewnątrz powłoką antykorozyjną. Zewnętrzną warstwę tworzy izolacja termiczna wykonana z wełny mineralnej i styropianu. Wewnątrz zbiornika wody 1 zamocowana jest termoizolacyjna przeg roda 2. Przegrodą 2 jest rura harmonijkowa o stożkowym kształcie, która w zbiorniku wody 1 pierwszym, szerszym swoim końcem zamocowana jest na stałe w środku ściany bocznej zbiornika wody 1, zaś jej drugi, węższy koniec jest zaślepiony. Jest ona uszczelniona silikonem względem ściany bocznej zbiornika wody 1, wykonana jest z elastomeru PTE i może być rozciągana i składana. Zbudowana jest z połączonych zwężających się okrągłych segmentów symetrycznie ułożonych wokół centralnej osi tworzących przy rozciąganiu stożkowy kształt. Przegroda 2 dzieli zbiornik wody 1 na komorę pierwszą A schłodzonej wody i komorę drugą B ciepłej wody. Poza zbiornikiem wody 1 komora pierwsza A schłodzonej wody połączona jest przez króciec zamontowany w jej spodniej części z pompą obi egową 3, a ta z podgrzewaczem wody 4, który z kolei połączony jest z komorą drugą B ciepłej wody przez króciec zamontowany od góry tej komory. Podgrzewaczem wody 4 jest układ grzejny zintegrowany z systemem wentylacji i chłodzenia serwerowni zawierający również panele słoneczne, do którego dodatkowo podłączony jest kocioł gazowy. Do pompy obiegowej 3 podłączony jest także króciec uzupełniającej wody. Do górnej części komory drugiej B ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest cyrkulacyjna pompa odprowadzająca 5, do której podłączony jest króciec nadmiarowej wody. Pompa odprowadzająca 5 połączona jest poprzez wymiennik ciepła 9 znajdujący się poza zbiornikiem wody 1 z rurą doprowadzającą wodę zamontowaną w dolnej części komory pierwszej A schłodzonej wody. Jako wymiennik ciepła 9 zastosowany jest wymiennik płaszczowo-rurowy. Wymiennik ciepła 9 połączony jest z systemem ogrzewania oraz z instalacją CWU. Czynnikiem odbierającym ciepło jest uzdatniona woda. Pompa obiegowa 3 i pompa odprowadzająca 5 połączone są z termostatycznym sterownikiem 7. Do sterownika 7 podłączony jest czujnik położenia 8 przegrody 2 w zbiorniku wody 1 w postaci czujnika indukcyjnego LVDT, który umieszczony jest w środkowej części przegrody 2. Do sterownika 7 podłączone są także dwa czujniki temperatury 6.1 i 6.2, przy czym czujnik temperatury 6.1 umieszczony jest w rurze doprowadzającej wodę do komory pierwszej A schłodzonej wody, a czujnik temperatury 6.2 znajduje się w rurze odprowadzającej wodę z komory drugiej B ciepłej wody. Jako czujniki temperatury 6.1, 6.2 użyte są czujniki rezystancyjne RTD.

Sterowany magazyn energii cieplnej w drugim przykładzie wykonania posiada analogiczną budowę jak w pierwszym przykładzie wykonania z tym, że izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody 1 ma kształt poziomo ustawionego walca.

Działanie sterowanego magazynu energii cieplnej według wynalazku przedstawionego w przykładach wykonania polega na tym, że z komory pierwszej A schłodzonej wody przetłacza się wodę za pomocą pompy obiegowej 3 do podgrzewacza wody 4. Tu podgrzewa się ją do odpowiedniej temperatury zależnej od potrzeb i rodzaju aktualnie podłączonego generatora ciepła. Podgrzaną wodę magazynuje się w komorze drugiej B ciepłej wody. Z tej komory rurą odprowadzającą wodę i pompą odprowadzającą 5 dostarcza się ciepłą wodę do wymiennika ciepła 9. W wymienniku ciepła 9 przekazywane jest ciepło z wody do czynnika odbierającego ciepło, który w zależności od potrzeb jest wykorzystywany do ogrzewania pomieszczeń szpitalnych lub w instalacji CWU. Schłodzona w wymienniku ciepła 9 woda jest rurą doprowadzającą wodę kierowana do komory pierwszej A schłodzonej wody. Rozciąganie albo składanie przegrody 2 wzdłuż osi zbiornika wody 1 pod wpływem zmian działającego na nią ciśnienia wody zmienia w odwrotnej zależności pojemność komory pierwszej A schłodzonej wody i komory drugiej B ciepłej wody. Przy sterowaniu magazynem energii cieplnej wykorzystywany jest układ do śledzenia położenia przegrody 2, który nadzoruje bilans wody w komorach zbiornika wody 1 oraz system monitorowania temperatury doprowadzanej i odprowadzanej wody. Za pomocą czujnika położenia 8 przegrody 2 uzyskuje się informację o przemieszczeniach środkowej części przegrody 2, a tym samym o zmianie ilości zmagazynowanej ciepłej wody w komorze drugiej B ciepłej wody. Za pomocą czujników temperatury 6.1 i 6.2 mierzy się odpowiednio temperaturę wody doprowadzanej do komory pierwszej A schłodzonej wody i temperaturę odprowadzanej wody z komory drugiej B ciepłej wody. Dane te w czasie rzeczywistym przesyła się do sterownika 7, który zarządza pracą pompy obiegowej 3 i pompy odprowadzającej 5. Bilans wody w komorach zbiornika wody 1 kontroluje się także poprzez doprowadzanie uzupełniającej wody oraz odprowadzanie nadmiarowej wody.

Sterowany magazyn energii cieplnej efektywnie gromadzi ciepłą wodę zapewniając niskie koszty i komfort użytkowania systemu grzewczego szkoły.

Wykaz oznaczeń

1 A B 2 3 4 5 -

zbiornik wody komora pierwsza schłodzonej wody komora druga ciepłej wody przegroda pompa obiegowa podgrzewacz wody pompa odprowadzająca

6.1,6.2 - czujnik temperatury

7 - 8 - 9 -

sterownik czujnik położenia wymiennik

Claims (1)

1. Sterowany magazyn energii cieplnej zawierający izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody (1), w którym znajduje się uszczelniona termoizolacyjna przegroda (2) w postaci rury harmonijkowej dzieląca zbiornik wody (1) na komorę pierwszą (A) schłodzonej wody i komorę drugą (B) ciepłej wody, przy czym przegroda (2) w postaci rury harmonijkowej w zbiorniku wody (1) jest pierwszym końcem zamocowana na stałe do ścian bocznych zbiornika wody (1), zaś jej drugi koniec jest zaślepiony natomiast poza zbiornikiem wody (1) komora pierwsza (A) schłodzonej wody połączona jest z komorą drugą (B) ciepłej wody znamienny tym, że przegrodą (2) jest stożkowa rura harmonijkowa, zaś poza zbiornikiem wody (1) komora pierwsza (A) schłodzonej wody połączona jest z komorą drugą (B) ciepłej wody poprzez pompę obiegową (3) i podgrzewacz wody (4) tudzież do komory pierwszej (A) schłodzonej wody podPL 248515 Β1 łączona jest rura doprowadzająca wodę, a do komory drugiej (B) ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest pompa odprowadzająca (5), z kolei pompa odprowadzająca (5) połączona jest poprzez wymiennik ciepła (9) i rurę doprowadzającą wodę z komorą pierwszą (A) schłodzonej wody oraz w rurze doprowadzającej wodę do komory pierwszej (A) schłodzonej wody i w rurze odprowadzającej wodę z komory drugiej (B) ciepłej wody umieszczone są czujniki temperatury (6.1,6.2), które wraz z pompą obiegową (3) i pompą odprowadzającą (5) połączone są ze sterownikiem (7), natomiast w przegrodzie (2) umieszczony jest czujnik położenia (8) przegrody (2), który połączony jest ze sterownikiem (7).