SK500092018A3 - Stratificator for storage water heater - 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.The stratifier for the water heater comprises a cylindrical shell (2), a rounded bottom (4) and a lance (1). Openings (5) in the housing are disposed along the circumference of the cylindrical housing (2). The hot water flows into the cylindrical jacket (2) through the hot water inlet (3) and flows through the openings (5) in the jacket into the storage space. This design prevents intensive mixing of the liquid in the reservoir and at the same time effectively, by direct heat exchange between the water particles, heats the water in the reservoir, creating continuous thermal layers.

Description

Oláasť technikyOláasť techniky

Stratifíkátor do zásobníkového ohrievača vody je možné zaradiť do oblasti strojára tva, konkrétne do oblasti tepelných energetických zariadeníStratiquator for storage water heater can be included in the area of your engineer, specifically in the area of thermal power equipment

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

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.The hot water heater is a steel tank with orifices for media inlet and outlet. Such tanks serve to store hot water until it is needed. The individual tanks differ both in volume and in the water heating technology used. Currently, hot water, indirect heating or a combination thereof is used to produce hot water. In combined storage tanks, an electric heater as a direct source and a tubular heat exchanger for another indirect source of heat energy, e.g. biomass boiler. In the case of three-cylinder storage tanks, a second tubular exchanger is connected to the solar energy source, for example.

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.When heating the water in the tank, the aim is to achieve the highest energy efficiency. Therefore, at present, to increase the use of stored energy, e.g. solar collectors. stratification stack. By thermal stratification is meant the layering of the volume of the container according to the temperature, which is effected by the controlled deposition of heat into layers of the same or similar temperature. Cooler and heavier water keeps the bottom, warmer rises up. The reason for the stratification is the desired water temperature at the point of collection, i. at the top of the container, which is distributed to the consumer. In case of poor arrangement and operation of the tank, the water is mixed in such a way that the required volume of the tank according to temperature or temperature is not required. density of the working substance, water. This results in the need for additional charging with an additional heat source, which reduces the energy efficiency of the storage tank.

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.For proper functioning of the container, it is not only necessary to create a temperature-based lamination, but also to keep it from degrading. The quality of the thermal stratification of the volume in the reservoir will affect the operating parameters of the whole system. The temperature stratification is influenced primarily by the way of supply and withdrawal of the working substance from the container. In order to naturally maintain the thermal stratification of the reservoir volume due to the buoyancy nets, upright slender reservoirs are used, in which case the natural temperature stratification of the volume occurs and is easy to maintain. Special stratification or control elements are used to control thermal stratification.

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.For heat stacks with controlled layered lithium, they use different ways to achieve a thermal stack when charging the stack. The first is to control the stratification of the valves controlled by comparing the temperature in the tank layer and the supply water temperature. This is used to divide the accumulation volume into multiple storage tanks, for example, in large systems for apartment buildings.

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.In a simpler way, without the need for regulation and electrical energy, the self-contained lip stratification elements operate on the basis of the difference in density between the water supplied from the exchanger and the layers of the storage tank. Water of density p is always fed under a layer having a lower density. The pipe elements are generally made of PVC plastic pipes. The taps are equipped with very light non-return valves that prevent the temperature of the hot water supplied from deteriorating by sucking in the water from the lower, cooler part of the tank. Another embodiment of the stratification reservoir is a reservoir with special plate elements, the design of which constitutes a natural gravity backflow valve. A disadvantage of such tubular elements is that it is important to maintain a low flow velocity in the feed line (below 0.1 ms ¹ ) so that the thermal disruption is not disturbed by the kinetic energy of the feed water stream. The water heating time in the tank is then increased at low speeds.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

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.The invention allows for faster heating of the water in the reservoir so that even at a higher hot water inlet velocity entering the stratifier through the inlet pipe into the storage heater located at the top of the reservoir, absorbs some of its kinetic energy through a cylindrical shell of rounded stratifier a number of outlet openings evenly spaced around the circumference of the cylindrical shell of the stratifier into the storage water heater ensuring that the kinetic energy of the water is gradually released to the storage container in a small amount and evenly. The warmest water with the lowest density thus remains in the upper storage tank and the cold water is withdrawn from the bottom of the heating tank.

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.The main advantage of the present invention is that its design effectively prevents intensive mixing of the liquid in the reservoir and at the same time effectively, by direct heat exchange between the water particles, heats the water in the reservoir, forming continuous thermal layers.

S K 50009-2018 Α3N E 50009-2018 Α3

Prehľad obrázkov sa výkresochOverview of drawings with drawings

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.In FIG. 1 shows a stratificator for a storage water heater. In FIG. 2 is a cross-sectional view of the stratifier into the storage water heater indicating the flow of hot water.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

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.The stratifier for the storage water heater can be used in combination with plate heat exchangers as a replacement for storage tanks / tubular heat exchangers. In a plate heat exchanger located outside the container body, the heat transfer efficiency is higher. Cold water removed from the bottom of the tank will be heated in the exchanger. and the heated water is fed to the slratifier into the storage water heater located at the top of the storage water heater. This will lay the supplied hot water in the water heater. The hot water will enter the storage heater via the supply thread 1 and enter the cylindrical housing 2 through the inlet opening 3 for the hot water inlet. The hot water flow from the plate heat exchanger hits the rounded bottom 4 after leaving the supply pipe 1, forcing it to change direction by 180 °. Due to its upward flow velocity along the cylindrical shell 2, a vacuum is created at some points in the shell openings 5, drawing cooler water into the stratifier interior into the water heater, where it is partially mixed with the warm, partially mixed fluid due to temperature difference and . It flows upwards through the openings 5 in the housing and flows outwards into the space of the storage heater. This warm water then pushes the cooler layers down. The overall heating efficiency will be higher in such a storage tank with stratifier to the storage water heater as compared to heating by tube exchangers.

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.The principle of work of the stratifier into the storage water heater has been experimentally verified in the laboratory circuit, where its functionality has been fully demonstrated in a 150 l storage water heater, with a hot water flow rate of 8% ¹ . Already after 30 minutes of operation, one third of the water volume in the water heater has been heated to 50 ° C. In addition to the storage water heater with the stratifier, the experimental circuit is further comprised of an electric water heater, a circulation pump, a flow meter, a pressure sensor and control valves.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

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.The stratifier for the storage water heater can be used for storage tanks in the range of commonly produced volumes up to 500 liters. In the tank it will contribute to the increase of energy efficiency of hot water preparation.

Claims (1)

P A T E N T O V É N Á R O K ¥P A T E N T O N O 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 teplejS tratificator to storage water heater, you out. characterized in that it comprises a supply pipe (1) which, at one end protruding from the cylindrical housing (2), enters the inlet (3) for the inlet of the hot 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.5 and which is rigidly connected to a cylindrical shell (2) to which a rounded bottom (4) is fixed at the bottom to obscure the hot water jet by 80 [deg.] And has openings (5) circumferentially in the outlet shell partially mixed water into the space heater space. 10 1 \ýkres10 1 \ drawing