SK8586Y1 - Water heater with stratifier - Google Patents

Abstract

A water heater consists of a storage tank body (1), a stratifier (2), an external plate heat exchanger (3) and a circulation pump (4). The stratifier (2) is fixed inside the upper part of the storage tank body (1) and is connected to the external plate of the heat exchanger (3) by a supply pipe (5) through which flows a heated water into the stratifier (2). To the water inlet for heating in the external plate heat exchanger (3) is incoming at the bottom of the storage tank body (1) by a circulation pipe (6) by means of a circulation pump (4). The stratifier (2) overlies the hot water in the storage tank body (1), the hot water with the desired temperature being withdrawn for further use through an outlet pipe (7). An inlet pipe (8) located at the bottom of the storage tank body (1) is used to replenish the withdrawn water from the water heater with the stratifier. The flow of heating water for heating in the external plate heat exchanger (3) is effected via a heating water inlet (9) and a heating water outlet (10).

Description

Oláasť technikyOláasť techniky

Zásobníkový ohrievač vody so stratifíkátorom je možné zaradiť do oblasti strojárstva, konkrétne do oblastí tepelných energetických zariadeníThe storage water heater with stratificator can be classified in the field of mechanical engineering, specifically in the area of thermal energy equipment

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Zásobníkový ohrievač teplej vody je oceľová nádrž s ústiami tsa vstup a výstup médií. Takéto zásobníky slúžia na uchovanie teplej vody do momentu jej potreby. Jednotlivé zásobníky sa líšia tak objemom, ako 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 (bivalentných.) zásobníkoch sú na ohrev vody najčastejšie kombinované elektrické ohrievacie teleso, ako priamy zdroj, a rúrkový’ výmenník tepla na ďalší nepriamy zdroj tepelnej energie, napr. kotolná biornasu. Pri trojvalentných zásobníkoch je navyše vnútri ešte druhý rúrkový výmenník: napojený na zdroj napr. solárnej energie.The hot water heater is a steel tank with tsa orifices and 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 (bivalent) storage tanks, an electric heater, as a direct source, and a tubular heat exchanger for another indirect source of heat energy, for example, are most commonly combined to heat water. boiler house biornasu. In the case of three-cylinder storage tanks, there is also a second tubular exchanger inside: solar energy.

Medzi novšie zásobníky s nepriamym ohrevom patria aj zásobníky s ohrevom teplej vody v externom doskovom výmenníku, s priamym ústim do zásobníka. Tu dochádza k preniešavaniu vstupujúcej ohriatej vody' a vody v ohrievačiNewer indirect storage tanks also include hot water storage tanks in an external plate heat exchanger, with a direct orifice into the storage tank. Here, the incoming heated water and the water in the heater are carried

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. stratifíkačný zásobník. Teplotnou stratifikáciou sa rozumie vrstvenie objemu zásobníka podľa teploty, čo sa uskutočňuje riadeným ukladaním tepia do vrstiev s rovnakou aiebo podobnou teplotou. Chladnejšia a ťažšia voda sa drží pri. dne, teplejšia stúpa nahor. Dôvodom stratifikácie je požadovaná teplota vody v miest e odberá, 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 následokpotrebu ďalšieho dohriatia 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, it is currently on. increasing the use of stored energy, e.g. solar collectors. stratification container. By thermal stratification is meant stacking the volume of the container according to the temperature, which is accomplished by controlled deposition of the pulp into layers of the same or similar temperature. Cooler and heavier water holds at. day, warmer rises up. The reason for the stratification is the desired water temperature at the place of consumption, i. j. in the upper part of the container, which is distributed to the consumer. In the case of poor arrangement and operation of the container, the water is stirred in such a way that the required volume of the container according to temperature or temperature is not required. density of working substance, water. This results in the need for additional reheating of the additional heat source, which reduces the energy efficiency of the storage tank.

Pre správnu rúnkeiu zásobníka je nutné nielen vytvoriť vrstvenie podľa teploty, ale hlavne ho udržať, aby nedegradovalo. Kvalita teplotného vrstvenia objemu v zásobníku bude ovplyvňovať prevádzkové parametre celej sústavy. Teplotné vrstvenie je ovplyvňované predovšetkýmspôsobompriyodu a odberu pracovnej látky zo zásobníka. Pre prirodzené udržanie teplotného vrstvenia objemu zásobníka vpiyvom vztlakových síl sa zásadne používajú stojaté štíhle zásobníky, pri kto tých dochádza k prirodzenému teplotnému rozvrstveniu objemu a jeho ľahkému udržaniu. Na riadenie teplotného rozvrstvenia sa využívajú špeciálne samočinné stratifikačné alebo regulačné prvky.For a proper container handler, it is not only necessary to create a lamination according to temperature, but mainly 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 in particular by the way of delivery and removal of the working substance from the container. In order to naturally maintain the thermal stratification of the volume of the reservoir in response to buoyant forces, upright slender reservoirs are used, which naturally stratifies the volume and maintains it easily. Special stratification or control elements are used to control thermal stratification.

Pre zásobníky tepla s riadeným vrstvením sa používajú rôzne spôsoby, ako dosiahnuť teplotné vrstvenie 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 akunuíácie do viacerých, zásobníkov, napr. pri veľkých sústavách pre bytové domy.For controlled stacked heat storage tanks, various ways are used to achieve thermal stacking when charging the stack. The first method is to control the stratification of the valves controlled by comparing the temperature in a given reservoir layer with the temperature of the supply water. This is used to divide the accumulation volume into multiple containers, e.g. with large systems for apartment buildings.

Jednoduchším spôsobom, bez nároku na reguláciu a elektrickú energiu, sú samočinné rúrkové stratäfíkačné prvky, ktoré pracujú na základe rozdielu hustôt medzi privádzanou vodou z výmenníka a vrstvami akumulačného zásobníka.. Voda s hustotou p 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 pri takýchto rúrkových prvkoch je to, že je pri nich dôležité udržať nízku rýchlosť prúdenia v privádzacompotrubí (pod hodnotou 0,1 rus -¹)» aby nebolo teplotné rozvrstvenie narušené účinkom kinetickej energie prúdu privádzanej vody. Pri nízkych rýchlostiach sapotom predlžuje čas ohrevu vody v zásobníku.In a simpler manner, without the need for regulation and electrical energy, the automatic tubular stratification elements are based on the difference in density between the water supplied from the exchanger and the storage tank layers. The tubular 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 being undermined by the suction of 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. The disadvantage of such tubular elements is that it is important to maintain a low flow velocity in the supply pipe (below 0.1 rus ^-1 ) so that the thermal stratification is not impaired by the kinetic energy of the feed water stream. At low speeds, the sipot increases the water heating time in the tank.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Prezentované technické riešenie umožní efektívnejší a rýchlejší ohrev vody v zásobníkovom ohrievači vody so stratifíkátorom tak, že voda sa ohreje v extemomdoskovoinvýmenníku s vysokou účinnosťou a následne vstupuje prívodnou rúrkou do stratifikátora, umiestneného v hornej časti telesa zásobníka. Aj keď ohriata voda vstupuje do stratifikátora vyššou rýchlosťou, stratifikátor 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 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 telesa zásobníka a studená voda je odoberaná zoThe present technical solution will allow more efficient and faster heating of the water in the water heater with the stratificator, so that the water is heated in the high-efficiency exchanger plate and subsequently enters through the supply pipe into the stratifier located in the upper part of the body. Although the heated water enters the stratifier at a higher rate, the stratifier absorbs some of its kinetic energy through the cylindrical shell of the rounded bottom stratifier. Subsequently, through a large number of outlet openings equally spaced around the circumference of the cylindrical shell of the stratifier, it is ensured that the kinetic energy of the water is gradually released to the reservoir in a small amount and evenly. The warmest water with the lowest density thus remains in the upper part of the tank body and the cold water is withdrawn from the

S K 8586 ΥΙ spodnej časti telesa zásobníka cirkulačnou rúrkou do externého doskového výmenníka tepla na ohrev, pričom cirkulácia jc zabezpečená obehovým čerpadlom Prísun vykurovacej vody na ohrev v externom doskovom výmenníku je realizovaný cez vstup a výstup vykurovacej vody. V b ornej časti zásobníkového ohrievača vody so stratifikátorom je cez výtokovú rúrku odoberaná teplá voda na ďalšie použitie. Na doplňovanie studenej vody do zásobníka jc v spodnej časti zásobníka umiestnená víoková rúrka.With K 8586 ΥΙ of the bottom of the cylinder body through a circulation pipe to an external plate heat exchanger for heating, circulation is provided by a circulation pump The heating water is supplied to the external plate heat exchanger via the heating water inlet and outlet. In the side of the storage water heater with the stratifier, hot water is withdrawn through the outlet pipe for further use. A lid tube is provided for adding cold water to the reservoir at the bottom of the reservoir.

Hlavnou výhodou uvedeného technického riešenia je, že voda sa v externom doskovom výmenníku ohrieva s vysokou účinnosťou a konštrukčné riešenie stratifikátora účinne zabraňuje intenzívnemu miešaniu kvapaliny v zásobníku. Zároveň sa v zásobníkovom ohrievači vody so stratifikátorom účinne, priamou výmenou tepla medzi časticami vody,ohrieva voda v zásobníku, pričom vytvára súvislé tepelné vrstvy.The main advantage of said technical solution is that the water in the external plate heat exchanger is heated with high efficiency and the design of the stratifier effectively prevents intensive mixing of the liquid in the reservoir. At the same time, the water in the storage tank with the stratifier effectively heats the water in the storage tank by direct heat exchange between the water particles, forming continuous thermal layers.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na obr. je zobrazená zjednodušená schéma zásobníkového ohrievača vody so stratifikátoromIn FIG. a simplified diagram of a storage water heater with a stratifier is shown

Príklady uskutočneniaEXAMPLES

Zásobníkový ohrievač vody so stratifikátorom je použiteľný v kombinácii s externým doskovým výmenníkom tepla 3 ako náhrada za zásobníky s trnkovými výmenníkmi tepla. V externom doskovom výmenníku tepla 3, umiestnenom mimo telesa zásobníka í, je účinnosť prestupu tepla vyššia, ako je to v rúrkových výmenníkoch. V tomto externom doskovom výmenníku 3 dochádza k ohrevu vody odoberanej zo spodnej časti telesa zásobníka 1 cirkulačnou rúrkou 6 pomocou obehového čerpadla 4 a následne bude voda ohriata v externom doskovom výmenníku tepla 3 a privedená prívodnou rúrkou 5 do stratifikátora 2, umiestneného v hornej časti telesa zásobníka 1. Stratifikátor 2 bude privedenú teplú vodu vrstviť v telese zásobníka 1. Teplá voda s požadovanou teplotou bude odoberaná na d’alš ie použitie cez výtokovú rúrku 7. Na doplňovanie odobratej vody zo zásobníkového ohrievača vody so stratifikátorom bude slúžiť vtoková rúrka 8, umiestnená v spodnej časti telesa zásobníka 3. Prietok vykurovacej vody na ohrev v externom do s kovom výmenníku tepla 3 je realizovaný eez vstup vykurovacej vody 9 a výstup vykurovacej vody 10.The stratifier water heater can be used in combination with an external plate heat exchanger 3 as a substitute for a rack with heat exchangers. In an external plate heat exchanger 3 located outside the container body 1, the heat transfer efficiency is higher than that of the tube heat exchangers. In this external plate heat exchanger 3, the water withdrawn from the bottom of the container body 1 is heated by a circulation tube 6 by means of a circulation pump 4, and subsequently the water is heated in the external plate heat exchanger 3 and fed via a supply pipe 5 to the stratifier 2 located at the top of the container body. 1. The stratifier 2 will be layered with the hot water supplied in the container body 1. The hot water at the desired temperature will be withdrawn for further use through the outlet pipe 7. The inlet pipe 8 located in the stratifier will be used to replenish the withdrawn water from the stratifier water heater. The flow of heating water for heating in the external to the metal of the heat exchanger 3 is realized through the inlet of the heating water 9 and the outlet of the heating water 10.

Celková účinnosť ohrevu bude v takomto zásobníkovom ohrievači vody so stratifikátorom v porovnaní s ohrevom mrkovými výmenníkmi vyššia.The overall heating efficiency will be higher in such a storage water heater with a stratifier as compared to heating by car-exchanger.

Princíp práce zásobníkového ohrievača vody so stratifikátorom bol experimentálne overený v laboratórnom okruhu, kde bola v 150 í zásobníkovom ohrievači vody, pri prietoku teplej vody 8 i min 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.The principle of operation of the storage water heater with the stratifier was experimentally verified in the laboratory circuit, where its functionality was fully demonstrated in a 150 liter storage water heater at a hot water flow rate of 8 min. Already after 30 minutes of operation, 'one third of the water volume in the water heater' was heated to 50 ° C. In addition to a storage water heater with a stratifier, the experimental circuit is further comprised of an electric water heater, a circulation pump, a flowmeter, a pressure sensor and control valves.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Zásobníkový ohrievač vody so stratifikátorom je možné použiť na ohrev vody do objemu 500 litrov. Tento zásobníkový ohrievač vody prispeje k zvýšeniu energetickej efektívnosti pri príprave teplej vody.The DHW cylinder with stratifier can be used to heat up to 500 liters of water. This storage water heater will contribute to increased energy efficiency in hot water production.

Claims (1)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS Zásobníkový ohrievač vody so stralifikátorom, v y z n a č «j é c i sa í ý m , že pozostáva z telesa zásobníka (1), ktoré má vnútri hornej časti pripevnený stratifíkátor (2) spojený prívodnou nitkou (5) s exter5 ným doskovým výmenníkom tepla (3), na ktorom sa nachádza vstup vykurovacej vody (9) a výstup vykurovacej vody (10), pričom k externému doskovému výmenníku tepla (3) je pripevnená cirkulačná rúrka (6), na ktorej je upevnené obehové čerpadlo (4) a k telesu zásobníka íl) je v hornej časti upevnená výtoková nitka (7) na odber teplej vody a v spodnej časti je upevnená vtokov á mrká (8) na doplňovanie studenej vody.A water heater with a qualifier, characterized in that it consists of a container body (1) having a stratifier (2) attached inside the upper part, connected by a supply line (5) to an external plate heat exchanger (3). ), in which the heating water inlet (9) and the heating water outlet (10) are located, with an external plate heat exchanger (3) being fitted with a circulation tube (6) on which the circulation pump (4) and the clay container body are fixed. ) the outlet thread (7) for hot water withdrawal is fastened in the upper part and the inlets (8) for cold water replenishment are fastened in the lower part.