SE409239B - Anleggning for lagring av verme i ett flytande vermelagringsmedium - Google Patents

Description

7805059-8 volym. En låg höjd hos magasinet försvårar emellertid naturligt nog möjligheten att utnyttja den naturliga temperaturskiktningen hos lagringsmediet för tillförsel och uttagning av mediet vid rätt avpassad temperatur.

Avsikten med uppfinningen är att åstadkommaefii värmelagringssystem, som tillåter användning av magasin med låg höjd och stor volym, vid vilka den naturliga temperaturskiktningen kan utnyttjas för tillförsel och uttagning av mediet vid önskad temperatur.

Detta åstadkommes genom att systemet enligt uppfinningen erhållit de i bifogade krav 1 angivna kännetecknen.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår därvid av de respektive underkraven.

Uppfinningen ska nu beskrivas närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l-3 schematiskt visar tre olika utföringsformer av anläggningen enligt uppfinningen, varvid samma eller liknande delar i de olika utföringsformerna givits samma hänvisningsbeteckningar. Alla tre utföringsformerna kan tänkas utnyttjade vid exempelvis en värmeutvinningsanläggning av den välkända typ, som arbetar i princip med minst en värmepump, som användes för alstring av varmvatten och/eller drift av en klimati- seringsanläggning. Anläggningen kan även innefatta en eller flera ytterligare värmekällor för lågvärdigt värme, varav en exempelvis kan vara en solfångare. Hela anläggningen arbetar med ett gemensamt värmemagasin.

I fig. 1 visas en ackumulatortank 2 för varmvatten, vilken upp- visar en förhållandevis ringa höjd men stor utsträckning i horison- tell riktning, och därigenom stor lagringsvolym. Tanken 2 är medelst mellanväggar 4 uppdelad i fem lagringsvolymer 6, 8, 10, 12 och 14.

Dessa lagringsvolymer är avsedda för lagring av det flytande värme- lagringsmediet, företrädesvis vatten, vid var sitt variabelt tem- peraturområde. Sålunda kan lagringsvolymen 6 vid ett tillfälle vara avsedd för lagring av c.a 15-gradigt vatten och volymerna 8, 10, 12 och l4'i nu nämnd ordning avsedda för lagring vid successivtlfkme, temperaturer, så att volymen 14 lagrar exempelvis 100-gradigt vatten. 7805059-8 I fulladdat” magasin är även volymen 6 uppe i en högre temperatur- nivå. Mellanväggarna 4 innehåller en övre backventil Bvl riktad mot den varmare volymen och en undre backventil BV2 riktad mot den 'kallare volymen.

Volymerna 6-14 är via reglerbara avstängningsventiler AVl anslutna till en gemensam uttagsledning 16. Närmare bestämt styrs ventilerna AVl från en reglercentral Rl i beroende av ett temperaturvärde, som avkänns medelst en temperaturkännare TGl i tillhörande lagringsvolym.

Styrningen sker så att enbart den ventil AVl är öppen, som leder till den lagringsvolym, vars temperatur är närmast över ett önskat värde på vattnet i uttagsledningen 16. Detaljerna hos reglercentra- len Rl och styrningen, som antyds med streckade linjer 18, utgör ej någon del av uppfinningen, och är självklara för fackmannen, varför de ej behöver beskrivas närmare här.

En ledning 20 användes på nedan närmare beskrivet sätt antingen för returvatten vid uttag via ledningen 16, eller för laddning av tanken från en ej närmare visad solfångaranläggning. För detta ändamål är ledningen 20 via en reglerbar treportsventil 3V2 anslutbar till en till volymen 6 ledande returledning 22 eller till en laddningsledning 24.

En ledning 26 leder från kondensorsidan hos en ej närmare visad värme- pump och är via en reglerbar treportsventil 3Vl anslutbar till ladd- ningsledningen 24 via en ledning 28 eller till en ledning 30 ledande till volymen 6. En returledning till värmepumpens kondensorsida är ' betecknad med 32..Laddningsledningen 24 är via ledningen 30 ansluten till volymen 6 och via reglerbara treportsventiler 3V3 anslutbar till volymerna 8, 10, 12 och 14 genom vardera en fyllningsledning 34.

Treportsventilerna 3V3 styrs av var sin reglercentral R3. Styrningen sker närmare bestämt i beroende av avkännning dels av temperaturen i motsvarande volym medelst en temperaturkännare TG3 och dels av temperaturen i det närmast föregående ledningsavsnittet av laddnings- ledningen 24 medelst en temperaturkännare TG4. Denna styrning har antytts med de streckade linjerna 36.

Treportsventilerna 3Vl och 3V2 styrs från en reglercentral R2 i beroende av temperaturavkänning vid solfångaren och avkänning av vattentemperaturen i volymen 6 medelst en temperaturkännare TG2. c a 'reusose-e Denna styrning har i fig. l antytts med de streckade linjerna 38.

En samordning av styrfunktionerna 18 och 38 föreligger även, såsom antyds med den streckade linjen 40 till reglercentralen Rl.

Den ovan beskrivna lagringsanläggningen enligt fig. 1 arbetar på följande šätt. 6 Till att börja med kan det konstateras att vattentemperaturen i kon- densvattenledningen 26 normalt är konstant, t.ex. ca. 50°C. Vatten- temperaturen i ledningen 32 är lägst av storleksordningen l5°C och vattnet från solfångaren via ledningen 20 kan vara mellan 15 och 1oo°c.

Vid laddning av ackumulatortanken 2 med kondensorvärme från värme- pumpen leds varmvattnet i ledningen 26 via 3Vl och ledningen 28 till laddningsledningen 24. Vattnet styrs sedan in i den av tankvoly- merna 6-14, vid vars motsvarande treportsventil 3V3 en avkänning av temperaturerna vid TG3 och TG4 ger vid handen att den förstnämnda temperaturen är mindre än den sistnämnda. I annat fall leds vattnet vidare i laddningsledningen till nästa treportsventil 3V3 vid tank- volymen för nästföljande lägre temperatur, o.s.v.

Vid direktladdning med överskottsvärme från solfångaren leds det varma vattnet i_lednïngen 20 via 3V2 in i laddningsledningen 24.

Ventilerna 3V3 utnyttjas sedan på samma sätt som vid den ovan beskriv- ina laddningen med kondensorvärme. Returvatten till solfångaren leds via AVl i volym 6 till ledningen 16. Vid direktladdning från sol- fångaren är sträckan 26-30 öppen över treportsventilen 3Vl, i övriga. fall sträckan 26-28.

Vid upphämtning av värme från ackumulatortanken, styrs som förut nämnts reglercentralen Rl avstängningsventilerna AVl via avkänning av volymtemperaturerna vid TGl sä, att enbart den ventil är öppen, som leder till den volym, vars temperatur är närmast över önskat värde. Ventilen 3V2 är vid upphämtning av värme öppen för ledning av returvatten sträckan 20-22.

Utföringsformen enligt'fig. 2 skiljer sig från den enligt fig. l i princip endast genom att treportsventilerna 3Vl och 3V2 utelämnats och ledningarna 20 och 26 innehåller var sin uppsättning treports- 7805059-8 ventiler 3V3 resp 3V3' och temperaturkännare TG3 och TG4, resp TG3' och TG4', på samma sätt som för laddningsledningen 24 i fig. 1.

Tankvolymerna kan således här laddas parallellt från solfångaren och från värmepumpens kondensorsida utan användning av någon övergripande styrning.

Anläggningen enligt fig. 3 baserar sig på en anläggning enligt fig. 1 kombinerad med en ytjordvärmeanläggning, men skulle även kunna basera sig på utförandet enligt fig. 2. Ytjordvärmeanläggningen innefattar en värmepump 50 vars förângarsida är ansluten till i jorden förlagda rörslingor antydda vid 52. En vätska i rörslingorna 52 cirkuleras medelst en pump 54. Värmepumpens 50 kondensorsida är ansluten till ledningen 28 via ledningar 56 och 58, den sistnämnda över en reglerbar treportsventil 3V6. Ledningen 58 innehåller även en cirkulationspump 60.

Arbetsprincipen för en ytjordvärmeanläggning av den beskrivna typen är väl känd och behöver därför ej beskrivas i detalj här.

Tilledningen till rörslingorna 52 innehåller ett shuntavsnitt, som är till-och frånkopplingsbart medelst en reglerbar trevägsventil 3V5. Närmare bestämt utgöres shuntavsnittet av en värmeupptagande del 62 i en värmeväxlare 64. Värmeväxlarens 64 värmeavgivande del är via ledningar 66 och 68 anslutningsbar, medelst en treportsventil 3V4, för uttag och cirkulering av vattnet från volymen 6. ; Vid direktladdning från solfångaren via ledningarna 20, 24 på sätt som beskrives ovan i anslutning till utföringsformen enligt fig. l gäller följande för ventilerna 3V4 och 3V5. 3V4 är öppen till led- ningen 66 (annars till ledningen 16) och 3V5 är öppen för tillkopp- ling av shuntdelen 62. Vid frysrisk i ledningen 68, eller värme- växlaren, shuntas endast en begränsade del av vätskan in i shunt- delen 62. Pumpen 54 arbetar och returvatten från tankvolymen 6 för värme till jorden via ledningen 66, värmeväxlaren 64 och rör- slingorna 52.

Vid drift av värmepumpen 50 arbetar båda pumparna 54 och 60. 3V5 är i läge, vilket shuntdelen 62 är frånkopplad. Ventilerna 3V6 och 3Vl är i sådana lägen att ledningarna 30 och 58 kommunicerar. I detta fall laddas således ackumulatortankvolymerna från ytjordvärmeanlägg- ; , *zsflsusæs w. “ ningen via laddningsledningen 24.

Av ovanstående beskrivning av ett antal utföringsformer torde fram- gått att genom uppfinningen erhålles en värmelagringsanläggning, som uppfyller de önskemål, som omnämndes inledningsvis. a Ehuru utföringsformerna enligt fig. l-3 beskrivits ovan såsom till- lämpade vid en värmeutvidgningsanläggning av en bestämd typ, inser man lätt att en värmelagringsanläggning enligt uppfinningen är mång- sidigt användbar i samband med ett önskat antal godtyckliga värme- källor för hög- och/eller lågvärdigt värme. Lagringstanken 2 har beskrivits ovan såsom innefattande fem lagringsvolymer, men även detta antal kan naturligtvis variera.

Backventilerna mellan lagringsvolymerna kan vara mycket enkla. Vid relativt litet antal tankvolymer och/eller relativt stor höjd hos tanken anordnas företrädesvis ej närmare visade ledorgan i anslutning till backventilerna för att vid de övre backventilerna leda inström- mande medium i riktning mot den varmare volymens botten och vid de undre backventilerna leda inströmmande medium i riktning uppåt i den kallare volymen.

Ehuru en av de_betydande fördelarna med uppfinningen är att den medger användning av stora lagringsvolymer med förhållandevis ringa utrymmesbehov på höjden, är det även tänkbart att tillämpa uppfinningen vid vertikala tankar. I detta fall utnyttjas företrädes- vis det strömmande värmelagringsmediets naturliga tendens till temperaturskiktning, och de eventuella mellanväggarna mellan lag; ringsvolymerna kan exempelvis enkelt bestå av perforerade plåtarl

Claims (9)

7805059-8 P A T E N T K R A V

1. l. Anläggning för lagring av värme i ett flytande värmelagrings- medium, k ä n n e t e c k n a d av att en ackumulatortank (2) för mediet innefattar ett antal lagringsvolymer (6-14) kopplade i följd efter varandra för stigande temperaturomrâden, med överströmnings- organ (BVl, BV2) mellan volymer vilkas temperaturområden gränsar till varandra, varvid minst en fyllningsledning (34) till varje volym är ansluten via en temperaturstyrd fyllningsventil (3V3) till minst en gemensam laddningsledning (24) och varvid temperaturkän- nande ventilstyrorgan (R3, TG3, TG4) är anordnade att i anslutning till varje fyllningsventil avkänna medietemperaturen i laddningsled- ningen och medietemperaturen i motsvarande lagringsvolym} samt bringa fyllningsventilen (3V3) att släppa igenom medium till volymen om laddningsledningens medietemperatur är högre än volymens, och i annat fall släppa förbi mediet till fyllningsventilen vid en lag- ringsvolym av nästföljande lägre temperatur.

2. Anläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att minst två parallella laddningsledningar är anordnade med varsin uppsättning fyllningsledningar (34, 34') med tillhörande resp. fyllningsventil (3V3, 3V3') och temperaturkännande ventilstyrorgan (R3, TG3, TG4, R3', TG3', TG4').

3. Anläggning enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att minst två yttre tillförselledningar (20, 26) via en inkopplings- ventil (3Vl, 3V2) är anslutbara till en gemensam laddningsledning med fyllningsventiler (3V3) och tillhörande resp ventilstyrorgan (R3, mos, m4) och fyllningsleaning (34). '

4.~ Anläggning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att en inkopplingsventil (3Vl, 3V2) är anordnad för varje yttre tillförsel- ledning (20, 26), samt att inkopplingsventilerna är anordnade att alternativt ansluta den motsvarande yttre tillförselledningen till lagringsvolymen (6) av lägst temperatur.

5. Anläggning enligt något av krav l-4, k ä n n e t e c k n a d 'av att minst två tillförselledningar (20, 26, 56) är anordnade att tillföra värmeenergi till tanken (2) från varsin värmekälla varav en utgöres av kondensorn hos en värmepump (50), vars förångare tar värme från ytjordvärmeslingor (52), vilkas tilledning innehåller ett till- och frånkopplingsbart shuntavsnitt (62) utgörande den värmeupptagande delen av en värmeväxlare (64), vars värmeavgivande del är anslutningsbar för uttag och cirkulation av medium från en i 7895059-8 _- (6) av lagringsvolymerna, t.ex. returvatten.

6. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a d av att ackumulatortanken (2) utgöres av en långsträckt, för horisontellt bruksläge avsedd tank uppdelad i lagringsvolymerna (6- 14) genom mellanväggarna (4), samt att överströmningsorganen utgöres av övre backventilerh (BVl) i mellanväggarnas övre del, riktade från kallare till varmare volym, samt motsatt riktade undre backventiler (BV2) i mellanväggarnas undre del.

7. Anläggning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att led- organ är anordnade att leda medium som strömmar genom nämnda övre och nedre backventiler ned resp. upp i lagringsvolymerna.

8. Anläggning enligt något av föregående krav, med minst tvâ tillförselledningar (20, 26, 56), ledande från vardera en värme- källa, k ä n n e t e c k n a d av ett reglersystem (R2, 38, 40, 3Vl, 3V2, 3V6) inrättat att ansluta den tillförselledning för ladd- ning av ackumulatortanken, som är ansluten till den för tillfället bäst ekonomiskt utnyttjningsbara och/eller lättast tillgängliga värmekällan.

9. Anläggning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a d av att reglerbara utloppsventiler (AVI) är anslutbara till en gemensam uttagsledning (16) för att möjliggöra reglerat uttag av medium av viss temperatur. ÅNFÖRDA PUBLIKATIONER: