Система для сохранения тепла, а также здание или мобильный модуль с указанной системой

Система для сохранения тепла, а также здание или мобильный модуль с указанной системой

Реферат

Настоящее изобретение относится к системе для сохранения тепла.

В настоящее время известны многочисленные применения, например, такие, как снабжение горячей водой в зданиях, для которых сохранение тепла является предпочтительным и, следовательно, желательным. Например, известен способ сохранения тепла, генерируемого за счёт солнечного излучения в течение дня, для того, чтобы затем можно было использовать это тепло в случае отсутствия или сравнительно слабого солнечного излучения.

Задачей, лежащий в основе настоящего изобретения, является создание системы для сохранения тепла, функционирующей эффективно. В соответствии с изобретением обеспечивается система для сохранения тепла, которая конфигурируется с множеством баков для хранения, в которых находится среда для сохранения скрытого тепла, а также с трубопроводной системой с подающими трубопроводами для подачи тепла в баки для хранения, и с нагнетательными трубопроводами для удаления тепла из баков для хранения, при этом трубопроводная система содержит один или более клапанов, с помощью которых, по меньшей мере, один подающий трубопровод к, по меньшей мере, одному из баков для хранения и/или, по меньшей мере, один нагнетательный трубопровод из, по меньшей мере, одного из баков для хранения, может быть выключен или может быть изменён его расход, и модуль управления, который подключается к одному или более клапанам, и который сконфигурирован таким образом, что он приводит в действие эта клапаны подходящим образом, предпочтительно, в зависимости от потребности и/или в зависимости от тепла, доступного для загрузки.

Поставленная задача решена посредством системы для сохранения тепла, содержащей множество баков для хранения, которые содержат среду для сохранения скрытого тепла, например, гидрат соли или, предпочтительно, другую среду, кристаллизующуюся при удалении тепла. Через подающий трубопровод тепло может подаваться к бакам для хранения скрытого тепла, а через нагнетательные трубопроводы тепло, в случае необходимости, может быть удалено из баков.

Подача и удаление тепла управляется или регулируется модулем управления, который воздействует на клапаны и таким образом управляет или регулирует подачу тепла или среды для передачи тепла, и, соответственно, удаление тепла или среды для передачи тепла.

Кроме того, изобретение относится к системе для сохранения тепла с одним или более баков для хранения, в которых содержится среда для сохранения скрытого тепла, при этом система для сохранения тепла сконфигурирована таким образом, что она работает в первом режиме работы, в котором используется физическое тепло среды для сохранения скрытого тепла, и работает во втором режиме работы, в котором используется тепло расплавленной массы среды для сохранения скрытого тепла.

Термин «физическое тепло» (sensible heat) понимается как тепло или теплосодержание среды для сохранения скрытого тепла, которое может быть извлечено без возникновения фазового изменения. В соответствии с изобретением обеспечивается, согласно этому аспекту изобретения, что система для сохранения тепла работает в первом режиме работы, или также во втором режиме работы, или также в обоих режимах работы. Выбор режима работы, предпочтительно, может быть определён за счёт модуля управления, который в зависимости от потребного количество тепла управляет системой для сохранения тепла в первом или во втором режимах работы, или в обоих режимах работы, например одновременно или последовательно.

Предпочтительно, что несколько или все баки для хранения могут быть приведены в действие индивидуально через клапаны. Следовательно, возможно выборочно приводить в действие один или более баков для хранения, т.е. «загрузить» бак теплом или извлечь тепло из бака.

Термины «загрузить» и «загрузка» или «разгрузить» и «разгрузка», используемые в соответствии с изобретением, подразумевают подачу тепла в среду для сохранения скрытого тепла или удаление тепла из среды для сохранения скрытого тепла.

Выбор режима работы, предпочтительно, осуществляется автоматически, и/или режимы работы могут быть выбраны независимо.

В зависимости от требуемого количества тепла первый режим работы или второй режим работы или одновременно или последовательно оба режима работы являются автоматически регулируемыми.

Система для сохранения тепла содержит один или более тепловых контуров, или соединяется с этими контурами, через которые тепло из одного или более баков для хранения может подаваться к одному или более потребителям тепла.

Предпочтительным является то, что система для сохранения тепла содержит, по меньшей мере, один тепловой контур, или соединяется с, по меньшей мере, одним тепловым контуром, в котором, по меньшей мере, один теплообменник обеспечивается для нагревания технической воды. Существует вероятность, например, использовать тепло, сохраняющееся в среде для сохранения скрытого тепла, для нагревания технической воды, например, в домашнем хозяйстве.

Система для сохранения тепла содержит, по меньшей мере, один тепловой контур, или соединяется с этим контуром, который служит в качестве отопительного контура. Таким образом, можно использовать тепло, сохраняемое в среде для сохранения скрытого тепла, например, для отопления здания.

Может быть предусмотрено, что модуль управления соединяется, по меньшей мере, с одним датчиком, который выделяет сигнал, отображающий потребное количество тепла, по меньшей мере, одной точки потребления тепла, и/или для теплосодержания, по меньшей мере, одного бака для хранения, которое находится в зависимости от, по меньшей мере, одного сигнала датчика, по которому модуль управления приводит в действие один или более клапанов трубопроводной системы баков для хранения.

Целесообразным является то, что в первом режиме работы, по меньшей мере, один бак для хранения включается, когда количество физического тепла баков для хранения, которые уже включены в работу, является недостаточным.

Кроме того, может быть обеспечено, что переключение из первого во второй рабочий режим выполняется в том случае, когда физическое тепло среды для сохранения скрытого тепла израсходовано, и/или что модуль управления сконфигурирован таким образом, что при загрузке баков для хранения изначально тепло подается к одному или более бакам для хранения с самым маленьким или сравнительно маленьким теплосодержанием, при этом после загрузки баков, предпочтительно, после полной загрузки баков, происходит переключение к одному или более дополнительным бакам для хранения, для того чтобы тепло подавалось к этим бакам.

Целесообразным является то, что бак для хранения имеет ширину, или глубину, или диаметр <50 см, предпочтительно, <30 см, и особенно предпочтительно, в диапазоне от 5 см до 15 см. Такие маленькие размеры позволяют с экономией пространства интегрировать систему для сохранения скрытого тепла, или, по меньшей мере, один или более баков для хранения, в стены для неподвижной, т.е. стационарной работы, или сконфигурировать систему в собранном состоянии впереди стены.

Как пояснялось выше, среда для сохранения скрытого тепла, предпочтительно, является такой средой для хранения, которая кристаллизуется при удалении тепла и превращается в жидкое состояние при поступлении тепла.

Кроме того, может быть предусмотрено, что система для сохранения тепла соединяется с источником тепла, в частности, с системой, использующей солнечное тепло, системой, содержащей топку для сжигания древесины, деревянных окатышей, нефти или газа, и т.д., или содержит такой источник тепла. Этот источник тепла соединяется с трубопроводной системой и используется для снабжения теплом, выработанным таким образом, одного или более баков для хранения, если это необходимо.

Кроме того, изобретение относится к зданию или мобильному модулю, такому как жилой неразборный прицеп, автомашине и подобным объектам с, по меньшей мере, одной системой для сохранения тепла.

Настоящее изобретение поясняется с помощью единственной фигуры, показывающей систему сохранения тепла в схематическом виде в соответствии с настоящим изобретением.

Система сохранения тепла, в соответствии с настоящим изобретением, содержит множество баков 1 для хранения, в дальнейшем называемые кластеры. Эти кластеры чрезвычайно полезны для стационарного долговременного хранения тепла и для обеспечения теплом, имеющим отношение к потреблению. Как показано на фигуре, модуль хранения скрытого тепла состоит из произвольного количества баков 1 для хранения или кластеров.

Отдельные кластеры заполняются средой для сохранения скрытого тепла.

Система сохранения тепла, в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно содержит центральный модуль 10 управления с необходимыми датчиками и тепловые контуры для загрузки и разгрузки теплом среды для сохранения скрытого тепла.

Как показано на фигуре, каждый из кластеров может быть приведён в действие индивидуально, через клапаны, собранные в клапанном блоке 2, т.е. тепло может подаваться выборочно, к каждому кластеру, и, соответственно, тепло может расходоваться выборочно из каждого кластера. Это осуществляется с помощью соответствующего переключения клапанов, представленных в клапанном блоке 2, при этом клапаны, в свою очередь, приводятся в действие с помощью модуля 10 управления.

Кроме того, как можно увидеть на фигуре, тепло среды для сохранения скрытого тепла, присутствующее в кластерах, может быть использовано для функционирования отопительного контура, который обозначен позицией 6. Этот отопительный контур приводится в действие за счёт переключения соответствующих клапанов в клапанном блоке 3.

Кроме того, обеспечивается дополнительный тепловой контур, содержащий пластинчатый теплообменник 4, который служит для обеспечения горячей воды, используемой как техническая вода. Присоединение горячей воды, например к дому, обозначено позицией 5.

Этот дополнительный тепловой контур также может быть приведён в действие с помощью соответствующих клапанов клапанного блока 3. Приведение в действие клапанов в клапанном блоке 3, и таким образом насосов обоих тепловых контуров, осуществляется с помощью модуля 10 управления.

Кроме того, как можно увидеть на фигуре, каждый кластер состоит из цилиндрического образования, которое заполнено средой для сохранения скрытого тепла, предпочтительно, гидратом соли. Трубопровод, который заполнен водой или проходит через воду или какую-нибудь другую среду для переноса тепла, проходит через это цилиндрическое образование, таким образом вода или какая-нибудь другая среда для переноса тепла, например, такая, как сама среда для сохранения скрытого тепла, или выделяет тепло в среду для сохранения скрытого тепла, представленную в кластере, или поглощает тепло из неё, в зависимости от режима операции.

После полного насыщения теплом модули хранения скрытого тепла или кластеры, предпочтительно, выделяют сохраняемое тепло в двух раздельных режимах. Недостатки режима «исключающее ИЛИ» ("either-or mode") таким образом исключаются, хотя такой режим работы также содержится в изобретении.

Использование физического, т.е. воспринимаемого, тепла и тепла расплавленной массы независимо одно от другого обеспечивается как для кратковременного, так и для долгосрочного снабжения теплом.

В то время как физическое тепло, предпочтительно, сохраняется в течение короткого периода и, в соответствии с вариантом выполнения изобретения, представленного здесь, главным образом, для нагревания технической воды, тепло расплавленной массы или скрытое тепло может быть обеспечено на долговременной основе и подходить, например, для действующей отопительной системы.

Алгоритм режима работы по отношению к краткосрочному хранению тепла соответствует обычной технологии для хранения тепла, доступной на рынке. Однако в показанном здесь варианте выполнения изобретения пластинчатый теплообменник используется вместо бака для горячей воды. Риск загрязнения или заражения болезнями таким образом предотвращается с самого начала. Напротив, потери энергии вследствие предупреждающих мер по увеличению температуры для обезвреживания бактерий исключаются.

Загрузка кластеров или среды для сохранения скрытого тепла, находящейся в них, может быть выполнена посредством всех возможных источников тепла. В качестве примера можно было бы упомянуть солнечные тепловые установки, окатыши из древесины, дымоходы, топки для сжигания нефти или газа, и т.д.

Процесс загрузки и разгрузки, т.е. подачи тепла к кластерам и удаление тепла из кластеров управляется или регулируется через встроенный центральный контроллер 10.

Может быть предусмотрено, что отдельные кластеры выбираются, а также загружаются и разгружаются с помощью интеллектуального способа с прогнозированием.

Физическое тепло аналогичным образом может быть выбрано и обеспечено по мере необходимости через контроллер 10.

Долговременное сохранение тепла, предпочтительно, осуществляется в форме переохлажденного расплава гидрата соли или какой-либо другой подходящей среды для сохранения скрытого тепла. Это хранение имеет долговременный характер и температурную стабильность. Потенциально возможно осуществлять восстановление тепла в 1кВт·ч кластеров. Потенциально возможно осуществлять как восстановление тепла, так и подачу тепла с помощью центрального контроллера 10. Может быть обеспечено выполнение восстановления тепла по отношению к сохраняемому теплу расплавленной массы, т.к. спусковой механизм 8 на кластере инициирует процесс рекристаллизации гидрата соли. Таким образом, гидрат соли в кластере нагревается до температуры 58°С и этот нагрев может быть обеспечен через тепловой контур. Конечно, эта величина является только показательной величиной, которая не ограничивает изобретение. Спусковой механизм 8, предпочтительно, приводится в действие автоматически, и особенно предпочтительно, с помощью контроллера 10.

Как показано на фигуре, кластеры имеют трубчатую конструкцию. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения они имеют диаметр 10 см. Таким образом, для стационарного использования они могут быть встроены в стены, позволяя сохранить свободное пространство, или могут быть установлены впереди стены. Таким образом, настоящая система особенно подходит для установки в зданиях и может быть там использована, например, для нагрева технической воды и/или использоваться как часть отопительной системы или для работы этой системы.

Загрузка кластеров осуществляется из непоказанного на фигуре источника тепла через соответствующие контроллеры клапанов клапанного блока 2. Предпочтительно, подается тепло, генерированное с помощью солнечной тепловой энергии. Центральный модуль 10 управления выбирает полностью незагруженный кластер. Рабочее состояние обнаруживается через модуль 7 датчиков на кластере. Через объединенные клапанные блоки 2 и 3 выбранный кластер сейчас выбирается гидравлически и объединяется с тепловым контуром. Таким образом он может быть «загружен» теплом.

Загрузочная операция продолжается до тех пор, пока модуль 7 датчиков, присутствующий на кластере или внутри кластера, не обнаружит полное разжижение среды для сохранения скрытого тепла. После этого выполняется операция завершения загрузки.

Если дополнительное тепло из источника тепла является доступным, то осуществляется выбор дополнительного кластера и его загрузка может быть выполнена, как описывалось ранее.

После завершения загрузки среда для сохранения скрытого тепла нагревается до температуры, приблизительно, от 70°С до 80°С. Благодаря теплоизоляции, физическое тепло может сохраняться в течение короткого периода времени и может быть использовано для приготовления горячей воды.

Если потребуется горячая вода, это обнаруживается модулем 10 управления с помощью датчиков на теплообменнике 4, при этом выбирается кластер. Этот кластер затем соединяется с пластинчатым теплообменником 4 через клапанные блоки 2 и 3, а также через положение, которое имеется у содержащихся в нём клапанов. Благодаря удалению физического тепла с помощью среды для переноса тепла, среда для сохранения скрытого тепла соответствующим образом выбранного кластера охлаждается, а затем, например, находится в состоянии переохлаждённого расплава, в зависимости от количества удалённого тепла.

Поскольку процесс кристаллизации ещё не начался, то тепло, сохраняемое от расплавленной массы, всё ещё остаётся доступным.

Если количество тепла кластера является недостаточным для покрытия потребности в горячей воде, то могут быть включены дополнительные кластеры. Если бак израсходован и он основывается на количестве физического тепла всех кластеров, то дополнительные требования могут быть покрыты за счёт разгрузки тепла при плавлении, как будет описано ниже.

Переохлаждённый расплав может сохранять тепловую энергию в течение периодов времени любой продолжительности. Если это сохраняемое тепло потребуется для удовлетворения запроса, то центральный модуль 10 управления выбирает один или более кластеров.

Через показанный на фигуре спусковой механизм 8 инициируется процесс кристаллизации среды для сохранения скрытого тепла. Кластер гидравлически соединяется через клапанные блоки 2 и 3 с источником запроса на тепло. Источником запроса на тепло может быть или пластинчатый теплообменник 4, т.е. тепло, которое требуется для обеспечения технической водой, или отопительный контур 6. Также могут приниматься во внимание и другие потребители тепла.

Таким образом, потенциально возможно, что выбираются один кластер за другим, для того чтобы извлекать из него тепло. Аналогичным образом потенциально возможно, что загрузка и/или разгрузка кластеров осуществляется в группах, т.е. в то же самое время загружается и/или разгружается более, чем один кластер.

Кроме того, как можно увидеть на фигуре, трубопроводная система для среды теплового переноса, которая присутствует в кластере, может включать в себя теплообменник 9, который служит, главным образом, для обеспечения горячей водой. Та же система или среда для теплового переноса, представленные здесь, или перемещение этой среды, использует, главным образом, физическое тепло среды для сохранения скрытого тепла, присутствующей в кластере.

В описанном выше варианте выполнения изобретения тепло расплавленной массы гидрата соли было затребовано после того, как физическое тепло среды для сохранения скрытого тепла было израсходовано. В принципе, конечно, также потенциально возможно выполнять эти процессы не последовательно, а одновременно. Например, возможно использование одного или нескольких кластеров для приготовления технической воды или для теплоотвода, для которого физическое тепло является достаточным, а также использовать один или более других кластеров для операции нагревания, или для теплоотвода, для которого требуется тепло, высвобождаемое при фазовом изменении.

Особенно предпочтительной является работа системы, когда разгрузочные процессы, так же как и процесс загрузки одного или более кластеров осуществляется полностью автоматически с помощью контроллера 10.

1. Система для сохранения тепла, содержащая множество баков (1) для хранения, в которых находится среда для сохранения скрытого тепла, а также трубопроводная система с подающими трубопроводами для подачи тепла в баки (1) для хранения, и нагнетательные трубопроводы для удаления тепла из баков (1) для хранения с одним или более клапанов, с помощью которых, по меньшей мере, один подающий трубопровод к, по меньшей мере, одному из баков (1) для хранения и/или, по меньшей мере, один нагнетательный трубопровод из, по меньшей мере, одного из баков (1) для хранения, выключается или изменяется его расход, и модуль (10) управления, который подключен к одному или более клапанам с возможностью приведения в действие этих клапанов, отличающаяся тем, что модуль управления выполнен с возможностью осуществления выбора между первым операционным режимом, в котором используется физическое тепло среды для сохранения скрытого тепла, и/или вторым рабочим режимом, в котором используется тепло расплавленной массы среды для сохранения скрытого тепла.

2. Система по п.1, в которой несколько или все баки (1) для хранения выполнены с возможностью приведения в действие отдельно посредством клапанов.

3. Система по п.1, в которой выбор рабочего режима осуществляется автоматически, и/или рабочие режимы выбираются независимо.

4. Система по п.1, содержащая один или более тепловых контуров, или соединена с ними, причем указанные контуры предназначены для подачи тепла из одного или более баков (1) для хранения к одному или более потребителям тепла.

5. Система по п.1, содержащая, по меньшей мере, один тепловой контур, или соединена, по меньшей мере, с одним тепловым контуром, в котором установлен, по меньшей мере, один теплообменник для нагревания технической воды.

6. Система по п.1, содержащая, по меньшей мере, один тепловой контур, или соединена, по меньшей мере, с одним тепловым контуром, который выполнен в виде отопительного контура.

7. Система по п.1, в которой модуль управления соединен, по меньшей мере, с одним датчиком, который инициирует сигнал, отображающий требуемое количество тепла, по меньшей мере, одной точки потребления тепла, которое находится в зависимости от, по меньшей мере, одного сигнала датчика, по которому модуль управления приводит в действие один или более клапанов трубопроводной системы баков (1) для хранения.

8. Система по п.1, в которой в первом и/или втором режиме работы, по меньшей мере, один бак (1) для хранения выполнен с возможностью включения, когда количество физического тепла или скрытого тепла баков (1) для хранения, которые уже включены в работу, является недостаточным.

9. Система по п.1, в которой переключение из первого во второй режимы работы осуществляется в тот момент, когда физическое тепло среды для сохранения скрытого тепла израсходовано, и/или модуль (10) управления выполнен таким образом, что при подаче тепла в баки (1) для хранения эта подача тепла производится первоначально к одному или более баков для хранения с самым маленьким или относительно маленьким теплосодержанием, а после их загрузки переключается на, по меньшей мере, один дополнительный бак (1) для хранения, так что тепло подаётся к, по меньшей мере, одному дополнительному баку (1) для хранения.

10. Система по п.1, в которой бак (1) для хранения имеет ширину или глубину или диаметр < 50 см, предпочтительно, < 30 см, и особенно предпочтительно, в диапазоне от 5 см до 15 см.

11. Система по п.1, в которой среда для сохранения скрытого тепла конфигурируется таким образом, что она кристаллизуется при удалении тепла.

12. Система по п.1, которая соединена с источником тепла, в частности с системой, использующей солнечное тепло, системой, содержащей топку для сжигания древесины, деревянных окатышей, нефти или газа, и т.д., или содержит такой источник тепла.

13. Здание или мобильный модуль, такой как жилой неразборный прицеп, автомашина и подобный объект с, по меньшей мере, одной системой для сохранения тепла по любому из пп.1-12.