PL248518B1 - Bufor ciepłej wody - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest bufor ciepłej wody składający się z izolowanego termicznie dwukomorowego zbiornika wody (1), w którym znajduje się uszczelniona termoizolacyjna przegroda (2) dzieląca zbiornik wody (1) na pierwszą komorę (A) schłodzonej wody i drugą komorę (B) ciepłej wody. Poza zbiornikiem wody (1) pierwsza komora (A) schłodzonej wody połączona jest z drugą komorą (B) ciepłej wody poprzez pompę obiegową (3) i podgrzewacz wody (4). Do pierwszej komory (A) schłodzonej wody podłączona jest rura doprowadzająca wodę, a do drugiej komory (B) ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest pompa odprowadzająca (5). W rurze doprowadzającej wodę do pierwszej komory (A) schłodzonej wody i w rurze odprowadzającej wodę z drugiej komory (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 przegroda (2) jest elastyczną, rozciągliwą i nieprzepuszczalną przegrodą, której krawędzie zamocowane są na stałe do ścian bocznych zbiornika wody (1). Pompa odprowadzająca (5) połączona jest poprzez wymiennik ciepła (8) i rurę doprowadzającą wodę z pierwszą komorą (A) schłodzonej wody. Wymiennik ciepła (8) połączony jest z pompą czynnika odbierającego ciepło (9), która połączona jest ze sterownikiem (7).

Description

Przedmiotem wynalazku jest bufor ciepłej wody, zwłaszcza podgrzewanej z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii.

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

Najbliższym znanym rozwiązaniem jest to przedstawione w zgłoszeniu patentowym DE3115988A1, ujawniające bufor ciepłej wody z izolowanym zbiornikiem dwukomorowym, rozdzielonym przegrodą. W rozwiązaniu tym przegroda (membrana lub tłok) przemieszcza się mechanicznie wewnątrz zbiornika. Zimna woda dopływa do dolnej części zbiornika, gdzie wstępnie podgrzewana jest przez zewnętrzne źródło ciepła. Następnie za pomocą pompy tłoczona jest przez wymiennik ciepła do górnej komory zbiornika, powyżej przegrody. Podczas poboru ciepłej wody membrana ulega odkształceniu - wypukła się ku górze, a gdy pompa tłoczy wodę z dolnej komory do górnej, przegroda obniża się. W jednym z wariantów wykonania przegroda ma postać tłoka osiowo przesuwającego się wewnątrz zbiornika. Szczelność pomiędzy tłokiem a ścianką zbiornika zapewniana jest przez uszczelnienia, m.in. w formie gumowych warg, szczotek lub fartuchów. Membrana może być wykonana jako warstwa elastyczna, opcjonalnie dwuścienna z warstwą izolacyjną powietrzną pomiędzy ściankami lub z mostkami tworzącymi przestrzenie powietrzne. Podgrzewacz zintegrowany z układem grzewczym umieszczony jest w kierunku przepływu za strefą wlotu zimnej wody do zbiornika. W opisie przewidziano również zastosowanie źródła ciepła, np. energii słonecznej, w przestrzeni wlotowej.

Problemem technicznym jest zapewnienie stabilnego, energooszczędnego magazynowania i dystrybucji ciepłej wody z dynamiczną kontrolą ilości ciepłej wody.

Przedmiotem wynalazku jest bufor ciepłej wody posiadający izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody, w którym znajduje się elastyczna uszczelniona termoizolacyjna przegroda dzieląca zbiornik wody na pierwszą komorę schłodzonej wody i drugą komorę ciepłej wody. Poza zbiornikiem wody pierwsza komora schłodzonej wody połączona jest z drugą komorą ciepłej wody poprzez pompę obiegową i podgrzewacz wody. Do pierwszej komory schłodzonej wody podłączona jest rura doprowadzająca wodę, a do drugiej komory ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest pompa odprowadzająca. Pompa odprowadzająca połączona jest poprzez wymiennik ciepła i rurę doprowadzającą wodę z pierwszą komorą schłodzonej wody. Wymiennik ciepła połączony jest z pompą czynnika odbierającego ciepło.

Istotą wynalazku jest to, że przegroda jest rozciągliwą i nieprzepuszczalną przegrodą, której krawędzie zamocowane są na stałe do ścian bocznych zbiornika wody. W rurze doprowadzającej wodę do pierwszej komory schłodzonej wody oraz w rurze odprowadzającej wodę z drugiej komory ciepłej wody umieszczone są czujniki temperatury, które wraz z pompą obiegową i pompą odprowadzającą połączone są ze sterownikiem. Pompa czynnika odbierającego ciepło również połączona jest ze sterownikiem. W przegrodzie umieszczony jest czujnik położenia przegrody, który także połączony jest ze sterownikiem.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest to, że zapewnia się stabilne dostarczanie ciepłej wody. Magazynowana przy tym energia może być pomocna przy równoważeniu szczytowych obciążeń w sieci energetycznej.

Bufor ciepłej wody w przykładach wykonania przedstawiony jest na schematycznym rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - bufor ciepłej wody w pierwszym przykładzie wykonania,

Fig. 2 - bufor ciepłej wody w drugim przykładzie wykonania.

Bufor ciepłej wody w przykładach wykonania zastosowany jest w szpitalu do magazynowania ciepłej wody, której energia wykorzystywana jest do ogrzewania pomieszczeń szpitalnych oraz do podgrzewania wody użytkowej. Bufor ciepłej wody w pierwszym przykładzie wykonania posiada izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody 1 w kształcie pionowo ustawionego walca. Zbiornik wody 1 o pojemności 2000 l wykonany jest z emaliowanej stali węglowej pokrytej od wewnątrz powłoką antykorozyjną. Na zewnątrz znajduje się izolacja termiczna wykonana z wełny mineralnej i styropianu. Wewnątrz zbiornika wody 1 znajduje się uszczelniona silikonem termoizolacyjna przegroda 2. Ma ona postać elastycznej, rozciągliwej i nieprzepuszczalnej przegrody membranowej wykonanej z syntetycznego kauczuku EPDM. Krawędzie przegrody 2 zamocowane są na stałe w środkowej części ściany bocznej zbiornika wody 1. Przegroda 2 dzieli zbiornik wody 1 na pierwszą komorę A schłodzonej wody i drugą komorę B ciepłej wody. Poza zbiornikiem wody 1 pierwsza komora A schłodzonej wody połączona jest przez króciec zamontowany w jej spodniej części z pompą obiegową 3, a ta z podgrzewaczem wody 4, który z kolei połączony jest z drugą komorą B ciepłej wody przez króciec zamontowany od góry tej komory. Podgrzewaczem wody 4 jest układ grzejny zawierający panele słoneczne, który dodatkowo wyposażony jest w kocioł gazowy oraz podgrzewacz hybrydowy. Do pompy obiegowej 3 podłączony jest także króciec uzupełniającej wody. Do górnej części drugiej komory B ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest cyrkulacyjna pompa odprowadzająca 5. Pompa odprowadzająca 5, do której podłączony jest króciec nadmiarowej wody połączona jest poprzez wymiennik ciepła 8 z rurą doprowadzającą wodę zamontowaną w dolnej części pierwszej komory A schłodzonej wody. Jako wymiennik ciepła 8 zastosowany jest wymiennik płaszczowo-rurowy. Wymiennik ciepła 8 połączony jest z pompą czynnika odbierającego ciepło 9 i dalej z systemem ogrzewania oraz z instalacją ciepłej wody użytkowej. Czynnikiem odbierającym ciepło jest uzdatniona woda. Pompa obiegowa 3, pompa odprowadzająca 5 i pompa czynnika odbierającego ciepło 9 połączone są z termostatycznym sterownikiem 7. Do sterownika 7 podłączone są dwa czujniki temperatury 6.1 i 6.2, przy czym czujnik temperatury 6.1 umieszczony jest w rurze doprowadzającej wodę do pierwszej komory A schłodzonej wody, a czujnik temperatury 6.2 znajduje się w rurze odprowadzającej wodę z drugiej komory B ciepłej wody. Jako czujniki temperatury 6.1,6.2 użyte są czujniki półprzewodnikowe. Do sterownika 7 podłączony jest także czujnik położenia 10 przegrody 2 w zbiorniku wody 1 w postaci czujnika indukcyjnego LVDT, który umieszczony jest w środkowej części przegrody 2.

Bufor ciepłej wody w drugim przykładzie wykonania posiada analogiczną budowę jak w pierwszym przykładzie wykonania z tym, że izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody 1 posiada kształt poziomo ustawionego walca.

Działanie buforu ciepłej wody według wynalazku przedstawionego w przykładach wykonania polega na tym, że z pierwszej komory A schłodzonej wody przetłacza się wodę za pomocą pompy obiegowej 3 do podgrzewacza wody 4. Tu podgrzewa się ją do odpowiedniej temperatury zależnej od bieżącego zapotrzebowania, a także rodzaju aktualnie podłączonego generatora ciepła. Podgrzaną wodę magazynuje się w drugiej komorze B ciepłej wody. Z tej komory rurą odprowadzającą wodę i pompą odprowadzającą 5 dostarcza się ciepłą wodę do wymiennika ciepła 8. W wymienniku ciepła 8 przekazywane jest ciepło z wody do czynnika odbierającego ciepło i za pomocą pompy czynnika odbierającego ciepło 9 jest ono w zależności od potrzeb przenoszone i wykorzystywane do ogrzewania pomieszczeń szpitalnych lub w instalacji CWU. Schłodzona w wymienniku ciepła 8 woda jest rurą doprowadzającą wodę kierowana do pierwszej komory A schłodzonej wody. Rozciągania albo kurczenia przegrody 2 wzdłuż osi zbiornika wody 1 pod wpływem zmian działającego na nią ciśnienia wody zmieniają w odwrotnej zależności pojemność pierwszej komory A schłodzonej wody i drugiej komory B ciepłej wody. Przy sterowaniu buforem ciepłej wody wykorzystywany jest układ do monitorowania temperatury doprowadzanej i odprowadzanej wody oraz do śledzenia pozycji przegrody 2, który nadzoruje bilans wody w komorach zbiornika wody 1. Za pomocą czujników temperatury 6.1 i 6.2 mierzy się odpowiednio temperaturę doprowadzanej wody do pierwszej komory A schłodzonej wody i temperaturę odprowadzanej wody z drugiej komory B ciepłej wody. Za pomocą czujnika położenia 10 przegrody 2 uzyskuje się informację o przemieszczeniach środkowej części przegrody 2, a tym samym o zmianach ilości zmagazynowanej ciepłej wody w drugiej komorze B ciepłej wody. Dane te w czasie rzeczywistym przesyła się do sterownika 7, który zarządza pracą pompy obiegowej 3, pompy odprowadzającej 5 i pompy czynnika odbierającego ciepło 9. Bilans wody w komorach zbiornika wody 1 kontroluje się również poprzez doprowadzanie uzupełniającej wody oraz odprowadzanie nadmiarowej wody.

Bufor ciepłej wody efektywnie i energooszczędnie przechowuje ciepłą wodę zapewniając niskie koszty i komfort użytkowania systemu grzewczego i instalacji CWU w szpitalu.

Wykaz oznaczeń 1 - zbiornik wody A - pierwsza komora schłodzonej wody B - druga komora ciepłej wody 2 - przegroda 3 - pompa obiegowa 4 - podgrzewacz wody 5 - pompa odprowadzająca 6.1,6.2 - czujnik temperatury 7 - sterownik

- wymiennik ciepła

- pompa czynnika odbierającego ciepło

- czujnik położenia

Claims (1)

1. Bufor ciepłej wody posiadający izolowany termicznie dwukomorowy zbiornik wody (1), w którym znajduje się elastyczna uszczelniona termoizolacyjna przegroda (2) dzieląca zbiornik wody (1) na pierwszą komorę (A) schłodzonej wody i drugą komorę (B) ciepłej wody, natomiast poza zbiornikiem wody (1) pierwsza komora (A) schłodzonej wody połączona jest z drugą komorą (B) ciepłej wody poprzez pompę obiegową (3) i podgrzewacz wody (4) tudzież do pierwszej komory (A) schłodzonej wody podłączona jest rura doprowadzająca wodę, a do drugiej komory (B) ciepłej wody przez rurę odprowadzającą wodę podłączona jest pompa odprowadzająca (5) zaś pompa odprowadzająca (5) połączona jest poprzez wymiennik ciepła (8) i rurę doprowadzającą wodę z pierwszą komorą (A) schłodzonej wody oraz wymiennik ciepła (8) połączony jest z pompą czynnika odbierającego ciepło (9) znamienny tym, że przegroda (2) jest rozciągliwą i nieprzepuszczalną przegrodą, której krawędzie zamocowane są na stałe do ścian bocznych zbiornika wody (1), oraz w rurze doprowadzającej wodę do pierwszej komory (A) schłodzonej wody i w rurze odprowadzającej wodę z drugiej komory (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) oraz pompa czynnika odbierającego ciepło (9), połączona jest ze sterownikiem (7), natomiast w przegrodzie (2) umieszczony jest czujnik położenia (10) przegrody (2), który połączony jest ze sterownikiem (7).