SK9566Y1 - Systém na absorbovanie expanzie vody a vykurovacie zariadenie vybavené týmto systémom - Google Patents

Abstract

Systém na absorbovanie expanzie ohrievanej vody usporiadaný v akumulačnom zásobníku (10) teplej vody vybavenom vstupnou prípojkou (4) vody a výstupnou prípojkou (6) vody sa vyznačuje tým, že zahŕňa neelastické duté teleso (1) s krytom (8), obsahujúce objem vody a objem vzduchu, pričom kryt (8) je vybavený vo svojej dolnej časti otvorom (2) na vstup vody a vzduchu do dutého telesa (1), kryt (8) je upevnený na vnútornej stene akumulačného zásobníka (10) teplej vody a je usporiadaný na zachytenie vzduchu vo vzduchovom priestore (3) dutého telesa (1) nad hladinou vody (9) dutého telesa (1) a vzduchový priestor (3) je plniteľný vzduchom cez vnútorný objem vody akumulačného zásobníka (10) teplej vody.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka systému, ktorý je určený na absorbovanie expanzie vody spôsobenej jej ohrevom a na vykurovacie zariadenie vybavené týmto systémom.

Doterajší stav techniky

Na absorbovanie expanzie vody sa vo vykurovacej technike používajú expanzné nádoby.

Expanzné nádoby sú tlakové nádoby spojené s vykurovacím systémom, spravidla obsahujú plynový priestor naplnený stlačiteľným plynom (vzduchom), ktorý je oddelený od vodného priestoru elastickou membránou.

Expanzná nádoba zabraňuje nadmernému nárastu tlaku v uzavretej sústave absorbovaním zväčšujúceho sa objemu kvapaliny, ktorý vzniká pri ohreve. Pri poklese teploty vracia kvapalinu späť do sústavy a udržuje tak pretlak sústavy v stanovenom rozmedzí.

Hlavnou nevýhodou používaných expanzných nádob je najmä to, že v membránach vyrobených z elastomérov, najmä počas dlhého časového obdobia, sa nie je možné vyhnúť určitému permeačnému efektu, z plynového priestoru uniká plyn do vodného priestoru, a teda aj do potrubnej siete, čo je nežiaduce, najmä vo vykurovacích okruhoch.

Zároveň sa znižuje objem plynu v plynovom priestore a expanzná nádoba po určitom čase prevádzky neplní adekvátne svoju funkciu.

Expanzné nádoby si teda vyžadujú pravidelnú kontrolu, pri kontrole je potrebné nádobu odpojiť od sústavy, prípadne oddeliť uzatváracou armatúrou a vypustiť vodu z nádoby. Zmeria sa tlak plynu v plynovej oblasti a ak je to potrebné, tlak plynu sa upraví.

Ak sú expanzné nádoby integrované priamo vo vykurovacom zariadení, je potrebná ich pravidelná odborná údržba, a preto je nutné vyriešiť ich umiestnenie a upevnenie vnútri vykurovacieho zariadenia, príkladné riešenie je zverejnené v dokumente EP 3650759 BI.

Ak sú expanzné nádoby riešené ako samostatné externé zariadenia spojené s vykurovacím systémom oddeliteľnými spojovacími prvkami, ich zapojenie a priestorové nároky s tým spojené môžu byť problémom najmä pri rodinných domoch.

Použitie expanznej nádoby, okrem priestorovej náročnosti, navyše znižuje celkovú účinnosť vykurovacieho systému, pretože objem vody, ktorý vzniká expanziou a prúdi do expanznej nádoby, sa ochladzuje a po spätnom toku do systému sa musí znovu ohrievať.

Ako zdroje tepla sa vo vykurovacej technike v súčasnej dobe prednostne používajú tepelné solárne systémy a tepelné čerpadlá, ktoré v závislosti od poskytovaného výkonu vyžadujú rôzne veľké vyrovnávacie zásobníky teplej vody na akumuláciu tepla. Tieto zásobníky sa dajú využiť aj na vyriešenie kompenzácie expanzie vody v uzatvorenom vykurovacom systéme.

Začlenenie predtým samostatne usporiadanej expanznej nádoby do zásobníka predstavuje priestorovo úsporné riešenie a súčasne energeticky výhodné, nakoľko pri použití navrhovaného zariadenia sa zo systému neodoberá žiadna energia na ohrev.

V stave techniky sú zverejnené riešenia, v ktorých je systém na absorbovanie expanzie vody umiestnený v zásobníku teplej vody spojenom s vykurovacím systémom s uzavretým okruhom vykurovacieho média.

V dokumente DE 10033280 A1 je opísané zariadenie na absorbovanie expanzie vody vyvolanej generátorom tepla alebo inými tepelnými procesmi vyznačujúce sa tým, že je integrované do zásobníka alebo ohrievača teplej vody a má elastické duté teleso, prepäté plynom alebo zmesou plynov, ktoré je spojené s externe prístupným ventilom na dopĺňanie plynu. Duté teleso je výhodne vytvorené ako podložka alebo vak.

V dokumente EP 1630487 Alje v akumulačnom zásobníku horúcej vody s izoláciou proti tepelným stratám začlenený plynový vankúš s membránou, ktorý preberá funkciu expanznej nádoby. Plynový vankúš možno naplniť alebo vyprázdňovať cez ventil.

Publikácia DE 202011106403 U1 zverejňuje zariadenie domácej technológie so zásobníkom na príjem ohrievanej vody, s expanznou nádobou vnútri zásobníka, pričom expanzná nádoba má neelastické duté teleso s nemenným objemom a ventil na spojenie vnútorného objemu dutého telesa na objem mimo zásobníka. Neelastická expanzná nádoba je cez otvor prepojená so zásobníkom a cez ďalší otvor je tlakovo vyvážená k vonkajšiemu prostrediu zásobníka. Na hladine vody, ktorá sa nachádza v dutom telese, je podľa ďalších aspektov riešenia poskytnuté médium (olej, olejovité médium alebo parafín), ktoré funguje ako separačná fáza medzi vodou a vzduchom. Týmto spôsobom je zabezpečený zásobník s expanznou nádobou, ktorý

SK 9566 Υ1 nepotrebuje membránu. Nevýhodou opísaného riešenia je potreba separačnej vrstvy a otvorenie do vonkajšieho prostredia, v dôsledku čoho môžu nečistoty prenikať do expanznej nádoby a do zásobníka.

Žiadne predkladané riešenie neposkytuje systém automatického dopĺňania vzduchu (plynu) do plynového priestoru systému na absorbovanie expanzie vody a najmä všetky riešenia vyžadujú určité prostriedky na oddelenie plynového vankúša (plynového priestoru) od vody. Nevýhody uvedených riešení odstraňuje predkladané technické riešenie.

Podstata technického riešenia

Systém na absorbovanie expanzie je umiestnený v akumulačnom zásobníku teplej vody, ktorý je vybavený vstupnou prípojkou vody a výstupnou prípojkou vody.

Systém na absorbovanie expanzie zahŕňa duté neelastické teleso s krytom, usporiadané v akumulačnom zásobníku teplej vody.

Voda do zásobníka priteká vstupnou prípojkou a je odoberaná cez výstupnú prípojku, pričom akumulačný zásobník je určený najmä pre vykurovací systém s uzavretým okruhom ohrievanej vody, a preto pri ohreve vody je potrebné absorbovať objem vody vzniknutý tepelnou expanziou.

Duté teleso je obklopené krytom na oddelenie svojho objemu od vnútorného objemu zásobníka. Kryt má v spodnej časti usporiadaný otvor na prívod vody a vzduchu do dutého telesa.

Kryt je pripevnený k stene akumulačného zásobníka vhodnými prostriedkami.

Duté teleso je cez otvor v kryte prirodzene naplnené atmosférickým vzduchom, ktorý tam zostáva nahromadený. Pri prvom napustení zásobníka vodou sa voda dostane aj do dutého telesa a nahromadený vzduch je stlačený vo vzduchovom priestore vytvorenom v dutom telese nad hladinou vody.

Počas prevádzky do dutého telesa vstupujú vzduchové bubliny, ktoré sú zachytávané krytom, a tým sa dopĺňa vzduchový priestor v dutom telese. Vzduchové bubliny smerujú nad hladinu vody v dutom telese na základe fyzikálnych vlastností oboch médií.

Tabuľky rozpustnosti plynov (kyslík, dusík) obsiahnutých vo vzduchu ukazujú, že ich rozpustnosť vo vode klesá so zvyšujúcou sa teplotou a je blízka nule v prípade, ak je kvapalina zohriata nad 40 °C. Rozpustnosť vzduchu vo vodeje teda v takomto zásobníku zanedbateľná a nie je potrebná separačná vrstva, ani membrána medzi vodou a vzduchovým priestorom v dutom telese.

Vstupná prípojka vody je výhodne zahnutá a smeruje pod otvor v kryte dutého telesa. Zahnutie pomáha privedeniu náhodných bublín, ktoré sa nachádzajú vo vode priamo do dutého telesa.

Na zaistenie dostatočného a trvalého objemu vzduchu vo vzduchovom priestore dutého telesa, najmä po servisných zásahoch alebo odbere určitého množstva vody zo zásobníka, pri ktorom sa môžu zmeniť teplotné vlastnosti, je možné do systému zahrnúť prostriedky na privedenie vzduchu (napríklad atmosférického) do vody v akumulačnom zásobníku.

Akumulačný zásobník môže byť vybavený napríklad rúrkou vedenou stenou mimo vnútorného priestoru, čím sa umožní doplnenie vzduchu zvonka zásobníka bežným zariadením (napríklad pumpou). Rúrka má výhodne usporiadané vyústenie pod otvorom krytu dutého telesa.

Ak je z rôznych dôvodov nežiaduce vytvárať otvor na rúrku v stene akumulačného zásobníka, existujú ďalšie výhodné riešenia, napríklad inštalácia ejektora na vstupnej prípojke vody do akumulačného zásobníka.

Ejektor je v podstate zariadenie, v ktorom sa energia pohybu jedného média pohybujúceho sa vysokou rýchlosťou prenáša na iné médium. Ejektor využitý na vháňanie vzduchu je poháňaný prietokom vody, čím je možné automatické doplňovanie vzduchu do vody v akumulačnom zásobníku pri zvýšenom odbere vody alebo zvýšenom prítoku vody.

Takýmto jednoduchým spôsobom sa zaistí automatické doplňovanie vzduchu do vzduchového priestoru dutého telesa pri zmene prietoku.

Počas prevádzky je oboma spôsobmi (rúrka, ejektor) vzduch doplňovaný do vzduchového priestoru dutého telesa nepriamo cez vnútorný objem vody akumulačného zásobníka teplej vody (doplňovanie vzduchu cez vodnú zátku).

Je výhodné do vody primiešavať filtrovaný, resp. dezinfikovaný vzduch, aby sa obsah akumulátorového zásobníka neznečisťoval.

Takto usporiadaný systém na absorbovanie expanzie ohrievanej vody umiestnený v akumulačnom zásobníku teplej vody prakticky nevyžaduje žiadnu údržbu.

Systém na absorbovanie expanzie ohrievanej vody je určený najmä pre vykurovacie systémy s uzatvoreným okruhom vykurovacej vody, pričom zdrojom ohrevu môže byť akýkoľvek zdroj ohrevu známy v stave techniky - plynový, elektrický, s tepelným čerpadlom, solárny alebo kombinovaný.

SK 9566 Υ1

Ohrev môže byť priamo uskutočnený aj v zásobníku alebo je zo zásobníkom spojený tepelnými výmenníkmi.

Systém na absorbovanie expanzie ohrievanej vody minimalizuje tepelné straty vykurovacieho systému a je samoregulačný, čo sa týka tlakových pomerov, nakoľko stlačenie vzduchu vo vzduchovom priestore je regulované tlakom vody v akumulačnej nádrži.

Samostatným nárokom je chránené vykurovacie zariadenie s uzatvoreným okruhom ohrievanej vody, vybavené akumulačným zásobníkom teplej vody a systémom na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa predkladaného technického riešenia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov, ale bez obmedzenia na ne:

Obr. 1 - príklad uskutočnenia systému na absorbovanie expanzie vody usporiadanom v akumulačnom zásobníku teplej vody, s rúrkou na primiešavanie vzduchu.

Obr. 2 - príklad uskutočnenia systému na absorbovanie expanzie vody usporiadanom v akumulačnom zásobníku teplej vody, s ejektorom na primiešavanie vzduchu.

Príklady uskutočnenia

Systém na absorbovanie expanzie ohrievanej vody je usporiadaný v akumulačnom zásobníku 10 teplej vody vybavenom vstupnou prípojkou 4 vody a výstupnou prípojkou 6 vody.

Systém zahŕňa neelastické duté teleso 1 s krytom 8, obsahujúce určitý objem vody a objem vzduchu, pričom kryt 8 je vybavený vo svojej dolnej časti otvorom 2 na vstup vody a vzduchu do dutého telesa 1.

Kryt 8 je upevnený na vnútornej stene zásobníka 10 teplej vody privarením. Je usporiadaný na zachytenie vzduchu vo vzduchovom priestore 3 dutého telesa 1, pričom vzduchový priestor 3 sa nachádza nad hladinou vody 9 dutého telesa 1.

Počas prevádzky je vzduch doplňovaný do vzduchového priestoru 3 dutého telesa 1 cez vnútorný objem vody akumulačného zásobníka 10 teplej vody.

Príklady prevedenia zobrazujú niekoľko možností dopĺňania vzduchu cez vnútorný objem vody akumulačného zásobníka teplej vody, nie sú všetky možnosti zahrnuté, ktoré spadajú do ochrany nárokmi.

Zahnutá časť 5 vstupnej prípojky 4 vody je nasmerovaná pod otvor 2 krytu 8 dutého telesa 1 na zachytávanie bublín vzduchu.

Na obr. 1 je akumulačný zásobník 10 vybavený prípojkou 7 vyvedenou cez stenu mimo vnútorného priestoru akumulačného zásobníka 10 na primiešavanie vzduchu do vody v akumulačnom zásobníku 10.

Na obr. 2 je vstupná prípojka 4 vody do akumulačného zásobníka 10 vybavená ejektorom 11 na primiešanie vzduchu do vody.

Činnosť ejektora 11 je automaticky riadená odberom vody z výstupnej prípojky 6 vody z akumulačného zásobníka 10 alebo prítokom vody cez vstupnú prípojku 4 vody do akumulačného zásobníka 10.

Vzduch privádzaný do akumulačného zásobníka je výhodne filtrovaný a/alebo dezinfikovaný na zabránenie kontaminácie akumulačného zásobníka 10.

Opísaný systém na absorbovanie expanzie ohrievanej vody, usporiadaný v akumulačnom zásobníku 10 teplej vody vybavenom vstupnou prípojkou 4 vody a výstupnou prípojkou 6 vody, je súčasťou vykurovacieho zariadenia s uzavretým okruhom na ohrev vody (nevyobrazenom).

Priemyselná využiteľnosť

Realizácia predkladaného systému na absorbovanie expanzie ohrievanej vody je jednoduchá a ekonomicky výhodná, kryt dutého telesa môže byť vyhotovený z tenkého a ľahkého nehrdzavejúceho materiálu a na jeho upevnenie vnútri akumulačného zásobníka nie sú potrebné žiadne nákladné prostriedky, dostatočné je upevnenie napríklad privarením. Uvedeným systémom je možné vybaviť akýkoľvek bežný zásobník na teplú vodu vo vykurovacom systéme s uzavretým okruhom ohrievanej vody a systém predstavuje bezúdržbovú a samoregulačnú náhradu expanznej nádoby.

SK 9566 Υ1

Zoznam vzťahových značiek duté teleso otvor vzduchový priestor

4 vstupná prípojka vody zahnutá časť výstupná prípojka vody prípojka na primiešanie vzduchu kryt

9 hladina vody akumulačný zásobník ejektor

Claims (8)

1. Systém na absorbovanie expanzie ohrievanej vody usporiadaný v akumulačnom zásobníku (10) teplej vody vybavenom vstupnou prípojkou (4) vody a výstupnou prípojkou (6) vody, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa neelastické duté teleso (1) s krytom (8), obsahujúce objem vody a objem vzduchu, pričom kryt (8) je vybavený vo svojej dolnej časti otvorom (2) na vstup vody a vzduchu do dutého telesa (1), kryt (8) je upevnený na vnútornej stene akumulačného zásobníka (10) teplej vody a je usporiadaný na zachytenie vzduchu vo vzduchovom priestore (3) dutého telesa (1) nad hladinou vody (9) dutého telesa (1), počas prevádzky je vzduchový priestor (3) plniteľný vzduchom cez vnútorný objem vody akumulačného zásobníka (10) teplej vody.

2. Systém na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že zahnutá časť (5) vstupnej prípojky (4) vody je nasmerovaná pod otvor (2) krytu (8) dutého telesa (1).

3. Systém na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že akumulačný zásobník (10) je vybavený prípojkou (7) vedenou cez stenu mimo vnútorného priestoru akumulačného zásobníka (10) na primiešavanie vzduchu do objemu vody v akumulačnom zásobníku (10).

4. Systém na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že vstupná prípojka (4) vody do akumulačného zásobníka (10) je vybavená ejektorom (11) na primiešanie vzduchu do vody.

5. Systém na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že činnosť ejektora (11) je riadená prietokom vody z výstupnej prípojky (6) vody akumulačného zásobníka (10) teplej vody.

6. Systém na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že činnosť ejektora (11) je riadená prietokom vody do vstupnej prípojky (4) vody akumulačného zásobníka (10) teplej vody.

7. Systém na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že vzduch privádzaný do akumulačného zásobníka (10) teplej vody je filtrovaný a/alebo dezinfikovaný.

8. Vykurovacie zariadenie s uzatvoreným okruhom ohrievanej vody, vyznačujúce sa tým, že je vybavené akumulačným zásobníkom (10) teplej vody a systémom na absorbovanie expanzie ohriatej vody podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7.