SK500092018A3 - Stratifikátor do zásobníkového ohrievača vody - Google Patents

Abstract

Stratifikátor do zásobníkového ohrievača vody zahŕňa valcovitý plášť (2), zaoblené dno (4) a prívodnú rúrku (1). Po obvode valcovitého plášťa (2) sú umiestnené otvory (5) v plášti. Teplá voda vteká do valcovitého plášťa (2) vstupným otvorom (3) na vstup teplej vody a vyteká cez otvory (5) v plášti do priestoru zásobníka. Toto konštrukčné riešenie zabraňuje intenzívnemu miešaniu kvapaliny v zásobníku a zároveň účinne, priamou výmenou tepla medzi časticami vody, ohrieva vodu v zásobníku, pričom vytvára súvislé tepelné vrstvy.

Description

Oláasť techniky

Stratifíkátor do zásobníkového ohrievača vody je možné zaradiť do oblasti strojára tva, konkrétne do oblasti tepelných energetických zariadení

Doterajší stav techniky

Zásobníkový ohrievač teplej vody je oceľová nádrž s ústiami pro vstup a výstup médií. Takéto zásobníky slúžia na uchovanie teplej vody do momentu jej potreby. Jednotlivé zásobníky sa líšia ako objemom, tak aj použitou technológiou ohrevu vody. V súčasnosti sa na prípravu teplej vody využívajú zásobníky s priamym ohrevom, s nepriamy m ohrevom alebo ich kombinácia. Pri kombinovaných zásobníkoch sú na ohrev vody najčastejšie kombinované elektrické ohrievacie teleso ako priamy zdroj a rúrkový výmenník tepla na ďalší nepriamy zdroj tepelnej energie, napr. kotol na biomasu. U trojvalentných zásobníkov je naviac vo vnútri ešte druhý rúrkový výmenník napojený na zdroj napr, solárnej energie.

Pri ohreve vody v zásobníku je cieľom dosiahnuť čo najvyššiu energetickú efektívnosť. Preto sa v súčasnosti na zvýšenie využitia akumulovanej energie, napr. zo solárnych kolektorov, využíva aj tzv. stratifikačný zásobník. Teplotnou stratifikáciou sa rozumie vrstvenie objemu zásobníka podľa teploty, čo sa uskutočňuje riadeným ukladaním tepla do vrstiev o rovnakej alebo podobnej teplote. Chladnejšia a ťažšia voda sa drží pri dne, teplejšia stúpa nahor. Dôvodom stratifikácie je požadovaná teplota vody v mieste odberu, t, j. v hornej časti zásobníka, ktorá je distribuovaná spotrebiteľovi. Vprípade zlého usporiadania a prevádzkovania zásobníka je voda v ňom premiešavaná tak, že nedôjde kpožadovanému rozvrstveniu objemu zásobníka podľa teploty, resp. hustoty' pracovnej látky, vody. To má za tiásledokpotrebu ďalšieho dobriatía dodatkovým zdrojom tepla, čo znižuje energetickú efektívnosť zásobníka.

Pre správnu funkciu zásobníka je nutné nielen vrstvenie podľa teploty' vytvoriť, ale hlavne udržať, aby' nedegradovalo. Kvalita teplotného vrstvenia objemu v zásobníku bude ovplyvňovať prevádzkové parametre celej sústavy. Teplotné vrstvenie je ovplyvňované predovšetkýmspôsobomprívodu a odberu pracovnej látky zo zásobníka. Pre prirodzené udržanie teplotného vrstvenia objemu zásobníka vplyvom vztlakovýeh sít sa zásadne používajú stojaté štíhle zásobníky, pri kto tých dochádza k prirodzenému teplotnému rozvrstveniu objemu a jeho ľahkému udržaniu. Pre riadenie teplotného rozvrstvenia sa využívajú špeciálne samočinné stratifíkačné alebo regulačné prvky.

Pre zásobníky tepla, s riadeným vrstven ítn sapoužívajú rôzne spôsoby ako dosiahnuť teplotného vrstvená pri nabíjaní zásobníka. Prvý spôsob je riadenie stratifikácie ventilmi ovládanými na základe porovnávania teploty’ v danej vrstve zásobníka a teploty privádzanej vody. To sa využíva pri rozdelení objemu akumulácie do viacerých zásobníkov, napr, pri veľkých sústavách pre bytové domy.

Jednoduchším spôsobom, bez nároku na reguláciu a elektrickú energiu, sú samočinné rútkové stratifikačné prvky, ktoré pracujú na základe rozdielu hustôt medzi privádzanou vodou z výmenníka a vrstvami akumulačného zásobu íka. Voda o hustote p je privádzaná vždy' pod vrstvu, ktorá má nižšiu hustotu. Rútkové prvky' sú spravidla z, plastového PVC potrubia. Odbočky sú vybavené veľmi ľahkými spätnými klapkami, ktoré zabraňujú znehodnoteniu teploty privádzanej teplej vody’ prisávaním vody z dolnej chladnejšej časti zásobníka. Ďalším prevedením stratifikačného zásobníka je zásobník so špeciálnymi tanierovými prvkami, ktorých konštrukcia tvorí prirodzenú gravitačnú spätnú klapku. Nevýhodou u takýchto rúrkových prvkov je to, že je pri nich dôležité udržať nízku rýchlosť prúdenia v privádzacom potrubí (pod hodnotou 0,1 ms¹), aby nebolo teplotné rozvratvenie narušené účinkom kinetickej energie prúdu privádzanej vody. Pri nízkych rýchlostiach s a potom predlžuje doba ohrevu vody v zásobníku.

Podstata vynálezu

Vynález umožní rýchlejší ohrev vody v zásobníku tak, že aj pri vyššej vstupnej rýchlosti teplej vody, ktorá vstupuje prívodnou rúrkou do stratifikátora do zásobníkového ohrievača vody umiestneného v hornej časti zásobníka, absorbuje časť jej kinetickej energie prostredníctvom valcovitého plášťa stratifikátora so zaobleným dnom Následne je cez veľký počet: výstupných otvorov rovnomerne rozmiestnených po obvode valcovitého plášťa stratifikátora do zásobníkového ohrievača vody zabezpečené, aby sa kinetická energia vody postupne uvoľňovala do zásobníka v malom množstve a rovnomerne. Teplá voda s najmenšou hustotou tak ostáva uložená v hornej častizásobníka a studená voda je odoberaná zo spodnej časti zásobníka na ohrev.

Hlavnou výhodou uvedeného vynálezu je, že jeho konštrukčné riešenie účinne zabraňuje intenzívnemu miešaniu kvapaliny v zásobníku a zároveň účinne, priamou výmenou tepla medzi časticami vody, ohrieva vodu v zásobníku, pričom vytvára súvislé tepelné vrstvy.

S K 50009-2018 Α3

Prehľad obrázkov sa výkresoch

Na obr. 1 je zobrazený stratiflkátor do zásobníkového ohrievača vody. Na obr. 2 je zobrazený rez stratifikátora do zásobníkového ohrievača vody s vyznačením prúdenia teplej vody.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Stratifikátor do zásobníkového ohrievača vody je použiteľný v kombinácii s doskovými výmenníkmi tepla ako náhrada za zásobníky/· s rúrkovými výmenníkmi tepla. V doskovom výmenníku tepla, umiestnenom mimo telesa zásobníka, je účinnosťou prestupu tepla vyššia. VtonÄo výmenníku bude dochádzať k ohrevu studenej vody odoberanej zo spodnej časti zásobuíka. a nás ledoe bude táto ohriata voda privedená do slratifikátora do zásobníkového ohrievača vody, umiestneného v hornej časti zásobníkového ohrievača vody. Ten bude privedenú teplú vodu vrstviť v zásobníkovom ohrievači vody. Teplá voda bude vstupovať do zásobníkového ohrievača prívodnou nitkou 1 a do valcovitého plášťa 2 sa dostane vstupoýmotvorom3 na vstup teplej vody. Prúd teplej vody z doskového výmenníka narazí po opustení prívodnej rúrky 1 na zaoblené dno 4, pričom je nútený zmeniť smer o 180°. Vplyvom svojej rýchlosti prúdenia smerom nahor pozdĺž valcovitého plášťa 2 sa vytvára podtlak na niektorých miestach otvorov 5 v plášti, pričom dochádza k vťahovaniu chladnejšej vody do vnútra stratifikátora do zásobníkového ohrievača vody, kde sa táto čiastočne premiešava s teplou, Čiastočne zmiešaná tekutina vplyvom rozdielu teploty a. rýchlostí prúdi nahor, kde cez otvory 5 v plášti vyteká smerom von do priestoru zásobníkového ohrievača. Táto teplá voda tak následne vytláča chladnejšie vrstvy smerom dole. Celková účinnosť ohrevu bude v takonío zásobníku so stratifikátoromdo zásobníkového ohrievača vody v porovnanie ohrevom rúrkovými výmenníkmi vyššia.

Princíp práce stratifikátora do zásobníkového ohrievača vody bol experimentálne overený v laboratórnom okruhu, kde bola v 150 1 zásobníkovom ohrievači vody, pri prietoku teplej vody 8 Írom¹, plne preukázaná jeho funkčnosť. Už po 30 minútach prevádzky došlo k ohriatiu tretiny objemu vody v zásobníkovom ohrievači vody na 50 °C. Experimentálny okruh je okrem zásobníkového ohrievača vody so stratifikátorom d'alej tvorený elektrickým ohrievačom vody, obehovým čerpadlom, prietokomerom, snímačom tlaku a regulačnými armatúrami.

Priemyselná využiteľnosť

Stratifikátor do zásobníkového ohrievača vody je možné použiť pre zásobníky v rozmedzí bežne vyrábaných objemov do 500 litrov. V zásobníku prispeje k zvýšeniu energetickej efektívnosti prípravy teplej vody.

Claims (1)

1. P A T E N T O V É N Á R O K ¥

   S tratifikátor do zásobníkového ohrievača vody, vy z. n a č m j ó c i sa í ý n;, že zahŕňa prívodnú rúrku (1), ktorá ruá na jednom konci vyčnievajúcom z valcovitého plášťa (2) vstupný otvor (3) na vstup teplej

   5 vody a ktorá je pevne spojená s valcovitým pláš ťom (2), na ktorý je v spodnej časti pripevnené zaoblené dno (4) na ztnenu snem prúdu teplej vody o i 80° a ktorý má po obvode umiestnené otvory (5) v pláštii na výstup čiastočne zmiešanej vody do priestoru zásobníkového ohrievača.

   10 1 \ýkres