SK500112018U1 - 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). Teplá voda vteká do valcovitého plášťa (2) vstupným otvorom (3) na vstup teplej vody a vyteká cez otvory (5) v plášti (2) 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

Oblasť techniky

Stratfikátor do zásobníkového ohrievača vody je možné zaradiť do oblasti strojárstva, konkrétne do oblasti tepelných energetických zariadení.

Doterajší stav techniky

Zásobníkový ohrievač teplej vody je oceľová nádrž s ústiami pre 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 nepriamym 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 nepnamy zdroj tepelnej energie, napr. kotol na biomasu. U trojvalentných zásobníkov je naviac 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 te plota vody v mieste odberu, t. j. v hornej časti zásobníka, ktorá je distribuovaná spotrebiteľovi. V prípade zlého usporiadania a prevádzkovania zásobníka je voda v ňom premiešavaná tak, že nedôjde k požadovanému rozvrstveniu objemu zásobníka podľa teploty, resp. hustoty pracovnej látky, vody. To má za následok potrebu ďalšieho dohriatia 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 predovšetkým spôsobom prívodu a odberu pracovnej látky zo zásobníka. Pre prirodzené udržanie teplotného vrstvenia objemu zásobníka vplyvom vztlakových síl sa zásadne používajú stojaté štíhle zásobníky, pri ktorých dochádza k prirodzenému teplotnému rozvrstveniu objemu a jeho ľahkému udržaniu. Pre riadenie teplotného rozvrstvenia sa využívajú špeciálne samočinné stratifikačné alebo regulačné prvky.

Pre zásobníky tepla s riadeným vrstvením sa používajú rôzne spôsoby ako dosiahnuť teplotného vrstvenia 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 rúrkové stratfikačné prvky, ktoré pracujú na základe rozdielu hustôt medzi privádzanou vodou z výmenníka a vrstvami akumulačného zásobníka. Voda o hustote ρ je privádzaná vždy pod vrstvu, ktorá má nižšiu hustotu. Rúrkové 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 ms'¹), aby nebolo teplotné rozvrstvenie narušené účinkom kinetickej energie prúdu privádzanej vody. Pri nízkych rýchlostiach sa potom predlžuje doba ohrevu vody v zásobníku.

Podstata technického riešenia

Technické riešenie umožní rýchlejší ohrev vody v zásobníku tak, že aj pri vyššej vstupnej rýchlosti teplej vody, ktorá vstupuje prívodnou rúrkou do stratfikátora do zásobníkového ohrievača vody umiestneného v hornej časti zásobníka, absorbuje časť jej kinetickej energie prostredníctvom valcovitého plášťa stratfikátora so zaobleným dnom Následne je cez veľký počet výstupných otvorov rovnomerne rozmiestnených po obvode valcovitého plášťa stratfikátora 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 časti zásobníka a studená voda je odoberaná zo spodnej časti zásobníka na ohrev.

Hlavnou výhodou uvedeného technického riešenia 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.

SK50011-2018 U1

Prehľad obrázkov na výkresoch

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

Príklady uskutočnenia

Stratfíkátor 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. V tomto výmenníku bude dochádzať k ohrevu studenej vody odoberanej zo spodnej časti zásobníka a následne bude táto ohriata voda privedená do stratifikátora 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 rúrkou 1 a do valcovitého plášťa 2 sa dostane vstupným otvorom 3 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 2, 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 rýchlosti prúdi nahor, kde cez otvory 5 v plášti 2 vyteká smerom von do priestoru zásobníkového ohrievača. Táto teplá voda tak následne vytláča chladnejšie vrstvy smerom dole. Celková účinnosť ohrevu bude v takomto zásobníku so síraílhkátoron do zásobníkového ohrievača vody v porovnaní s ohrevom rúrkovými výmenníkmi vyššia.

Princíp práce stratifikátora do zásobníkového ohrievača vody bol experimentálne overený v laboratórnom okruhu, kde bola v 150 l zásobníkovom ohrievači vody, pri prietoku teplej vody 8 l.min'¹, 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 ďalej tvorený elektrickým ohrievačom vody, obehovým čerpadlom, prietokomerom, snímačom tlaku a regulačnými armatúrami.

Priemyselná využiteľnosť

Stratifixátor 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. NÁROKY NA OCHRANU

   Stratfikátor do zásobníkového ohrievača vody, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa prívodnú rúrku (1), ktorá má na jednom konci vyčnievajúcom z valcovitého plášťa (2) vstupný otvor (3) na vstup teplej

   5 vody a ktorá je pevne spojená s valcovitým plášťom (2), na ktorý je v spodnej časti pripevnené zaoblené dno (4) na zmenu smeru prúdu teplej vody o 180° a ktorý má po obvode umiestnené otvory (5) v plášti (2) na výstup čiastočne zmiešanej vody do priestoru zásobníkového ohrievač a.