FI20230041A1 - Lämpöakku - Google Patents

Abstract

Lämpöenergian varastoimiseen ja mainitun energian myöhempään hyväksikäyttöön tarkoitettu lämpöakku (4), joka lämpöakku (4) käsittää lämpöä varastoivaa materiaalia, jonka lämpötila on nostettavissa arvoon 100°C tai lähelle sitä ja jota lämpöenergiaa on mainitusta lämpöakusta (4) purettavissa myöhemmin valittuna ajankohtana. Lämpöakun (4) varaava massa (9) osaksi ja sen lisäksi lämpöakun (4) lämpöä eristävät rakenteet ovat muodostetut kaatopaikalle loppusijoitettavista valikoiduista jätteistä ja että mainittu lämpöakku (4) rakenteineen on sovitettu ja tarkoitettu sijoituspaikalleen jääväksi pysyväksi kaatopaikaksi.

Description

LAMPOAKKU

Keksinnön tausta

Keksintö kohdistuu lämpöenergian varastoimiseen ja mainitun energian myöhempään hy- — väksikäyttöön tarkoitettuun lämpöakkuun, joka lämpöakku käsittää lämpöä varastoivaa ma- teriaalia, jonka lämpötila on nostettavissa arvoon 100°C tai lähelle sitä ja jota lämpöener- glaa on mainitusta lämpöakusta purettavissa myöhemmin valittuna ajankohtana.

Ennestään tunnetaan lämpöenergian varastoina eristetyt vesisäiliöt, eristetyt hiekkasäiliöt, maakuoppaan tai kaivosonkaloon sijoitetut lämminvesivarastot. Tunnetut varaajasäiliöt — ovat yleensä yhtä nestemäistä tai kiinteää varaaja-ainesta sisältäviä. Varaajamassoina tun- netaan yleisesti vettä tai hiekkaa, jotka ovat helposti käsiteltävissä ja täyttävät helposti kaikenmuotoiset säiliöt.

Tunnetuissa ratkaisuissa ei voida käyttää jätemateriaaleja, koska niiden sijoittamista muualle kuin pysyvän, vaarattoman tai vaarallisen jätteen kaatopaikalle, ei sallita (Asetus kaatopai- — koista 331/2013). Näin ollen kaatopaikkajätteitä ei voida käyttää rakentamisessa, kuten ylei- sesti lämpövaraajien massoina.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi ratkaisu lämmön varastoimiseksi muodostet- tavasta kaatopaikasta valitsemalla kaatopaikan perustamisen yhteydessä sille tähän tarkoi- — tukseen sopiva jätetäytös. Keksinnössä kaatopaikalle loppusijoitettavat valikoidut jätteet muodostavat joko lämpöakun lämpöä eristäviä osia tai lämpöä varaavia osia. Kun varaavana massana käytetään veden ja mineraaliaineksen yhdistelmää, pitää lämpöakku olla varaavan massan osalta vesitiivis. Lämpöeristeet ovat siten vesitiiviin osuuden ulkopuolella. Keksin- nön mukaisella lämpöakulla saavutetaan olennainen parannus nykyiseen tekniikan tasoon, — kun loppusijoitusjätteille saadaan hyötykäyttöä lämpöakkujen rakentamisessa. Keksinnön mukaiselle lämpöakulle on tunnusomaista, että lämpöakun varaava massa osaksi ja sen li- säksi lämpöakun lämpöä eristävät rakenteet ovat muodostetut kaatopaikalle loppusijoitet- tavista valikoiduista jätteistä ja että mainittu lämpöakku rakenteineen on sovitettu ja tarkoi- tettu sijoituspaikalleen jääväksi pysyväksi kaatopaikaksi. — Keksinnön muille edullisille suoritusmuodoille on tunnusomaista, mitä on esitetty epäitse- näisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön etuna tunnettuihin ratkaisuihin nähden on se, että jätteitä varten tarvittu kaato- paikka on hyötykäytössä, kun sen sisältämä jätemateriaali on hyötykäytössä. Lämpöakku kyetään tekemään pääosin jätemateriaalista, eikä lämpöakkua varten tarvita omaa laitos- — pinta-alaa eikä maakuoppaa. Keksinnön mukaan lämpöakku muodostetaan jätteeksi luo- kitelluista mineraaleista ja aineksista, kuten tiili, betoni, kuonat, tuhkat, pilaantuneet maat sekä vesi. Hyödytön jäteaines pyritään sijoittamaan joko eristeeksi tai lämmön varaajaksi.

Kun lämpövaraston käyttö loppuu, jää jätemateriaali paikalleen, koska se sijaitsee jo val- miiksi kaatopaikka-alueella, johon se alun perin on laitettu. Lämpövarastona on keksinnön — mukaan veden ja mineraaliaineksen sekoitus. Lämpövarasto on edullista sijoittaa lämpölai- toksen yhteyteen, jolloin se on helppo yhdistää kaukolämpöverkkoon tai lämmitettävään kohteeseen.

Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus

Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuskuvioihin, joissa — Kuvio I esittää erästä kaatopaikan ja lämpöakun yhdistelmää päältä katsottuna.

Kuvio 2 esittää leikkauskuviota kuviosta 1 linjaa C - € pitkin leikattuna.

Kuvio 3 esittää sisintä lämpöakkuosuutta kuviosta 2 eräillä osilla täydennettynä.

Kuvio 4 esittää eräitä lämmön lataus- ja purkausputkistoja vaakasuunnassa kerroksittain lämpöakkuosuudessa. — Kuvio5 esittää erästä kuvion 4 lataus- ja purkausputkistoa ylhäältä nähtynä.

Kuvio 6 esittää kaatopaikan ja lämpöakun sijoituspaikkaa.

Kuvio 7 esittää kuvion 6 mukaiselle paikalle tehtyä kaatopaikan ja lämpöakun yhdistelmää.

Kuviossa 1 on esitetty eräs kaatopaikan ja lämpöakun yhdistelmä ylhäältä nähtynä, jolloin siinä on keskellä suhteellisen tasainen ja loiva kumpuosuus 1 ja sitten hieman jyrkempi — reunaosuus 2, joka kiertää koko laakean keskiosan. Tässä esimerkkitapauksessa alueen mitta

A on esim. 120 m ja mitta B 100 m. Reunaosuuden 2 leveys on 10 m. Kuvion 1 esimerkki on pelkästään lämpöakkukäytössä eikä siihen tuoda enää jätettä. Siinä on nyt esimerkiksi ruoho- pintaverhous.

Kuviossa 2 leikkaus C — € näyttää lämpöakun 4 valmiin rakenteen. Rakennetta on maan alla — useita metrejä ja lämpöakun 4 korkeus on esim. noin 30 m. Tässä esimerkissä on lämpöakul- le 4 kaivettu tarvittava laaja kuoppa ja sitä on alettu ensin täyttää pohjalta jätteellä kerroksen 7 tavoin. Tästä kerroksesta 7 myös salaojat pyritään viemään laskusuunnassa poispäin tar-

vittavan pitkälle. Kerros 7 on esim. kuonaa, lecasoraa, hiekkaa tms. Tämän kerroksen 7 ei tarvitse olla lämpöeristettä.

Seuraava kerros 6 voi olla erotettu edellisestä kerroksesta 7 kalvolla tai kankailla, mutta ei — kuitenkaan vedenpitävää erotusta tarvita. Kerros 6 voi olla jo lämpöeristyksen kaltaista ma- teriaalia, kuten tuhkaa tai jäte-eristettä . Kerros 5 on varsinainen eristyskerros ja sen sisä- pinnalla on vedenkestävä pintarakenne 3, jonka täytyy olla myös lujaa materiaalia, jotta se kestää vaurioitumatta sen päälle tulevan varaavan massan 9 ja veden. Kuviossa 2 ei vielä näytetä varaavaa massaa lämpöakun 4 varaajatilassa, jota rajoittaa vedenkestävä pintara- kenne 3.

Kuviossa 3 esitetään esimerkkinä, mitä lämpöakun 4 varaajatilassa voi olla. Tässä esimerkis- sä on veden lisäksi betonilohkareita varaajamassana 9. Lohkareet ovat sopivimmin kooltaan alle 1 m. Pintarakenteen 3 kestävyyden vuoksi lämpöakun 4 pohjalle on syytä asentaa alim- maksi kerrokseksi pienikokoista lohkaretta tai jopa pyöreämuotoista soraa, raekoko 50 mm. — Kuviossa 3 näytetään lisäksi lämpöakkuun 4 sijoitettuja betonisia kaivoja 8, joissa on reiät alaosassa ja yläosassa. Kaivot ovat täynnä vettä. Varaajamassaa ei niihin haluta pääsevän sisälle. Kun lämpöakkua 4 lämmitetään lämpöakkuun 4 sijoitettujen putkistojen 12 avulla, voidaan putkistomäärää vähentää mainittujen kaivojen 8 avulla, kun niissä lämmitetty va- raajavesi voi keventymisensä ansiosta virrata kaivoissa 8 ylös ja parantaa lämmön siirtymistä — lämpöakun 4 sisällä. Näitä kaivoja 8 voi olla esim. 15 metrin välein lämpöakussa 4.

Kuviossa 4 näytetään esimerkkinä lämpöakun 4 lataus lämmön varastoksi neljään eri kerrok- seen sijoitettujen putkistojen 12a — 12d avulla. Lämmitysvesi johdetaan putkea 11 pitkin jakoventtiileille 14, joista voidaan avata mikä tahansa putkisto tai useampi lämmittäjäksi.

Latauksessa voidaan aloittaa joko alimmasta putkistosta 12a tai ylimmästä 124d, riippuen siitä — miten voimakkaasti luonnollinen lämmön siirtyminen ylöspäin lämpöakussa 4 toimii. Läm- pöakussa 4 oleva vesi voidaan määräajoin sakeutumisen vuoksi vaihtaa. Tämän vaihdon suorittamiseksi esitetään alaosaan asennettu poistoputki 10.

Kuviossa 5 esitetään lämpöakkuun 4 sijoitettu alin putkisto 12a ylhäältä katsottuna. Putkis- ton 12a kautta tehdään sekä lämmön lataus että purkaus. Lataus ja purkaus voidaan tehdä — johtamalla vettä aina samaan suuntaan, mikä kuviossa 5 on esitetty. Latausta ja purkamista voidaan seurata lämpömittarin 13 avulla, joka ilmaisee putkistosta 12a ulos tulevan vesivir- tauksen lämpötilaa. Jos putkistoon 12a syötetyn veden lämpötila poikkeaa paljon ulostulevan veden lämpötilasta, on lataus tai purkaus vielä kesken. Kun lämpöakussa 4 on vettä mukana noin 20 % tilavuudesta, voidaan lämmitys- ja purkausputkistojen 12a - 12d putkien keskinäi- siä etäisyyksiä pitää melko pitkinä 10 - 15 m.

Kuviossa6 on esitetty kaatopaikaksi hyväksytty tasainen alue, jolle on tarkoitus tehdä kek- sinnön mukainen kaatopaikan ja lämpöakun 4 yhdistelmä. Tämä rakentamistapa on hyvin edullinen verrattuna kuvion 2 mukaiseen rakennustapaan, jossa on kaivettu laaja kuoppa, mikä tarkoittaa suuren massamäärän poiskuljettamista. Tässä suoritusmuodossa lämpöakku 4 muodostetaan lähes pelkästään paikalle tuoduista jätteistä ja massoista, jotka kuvioiden 6 ja? mukaan korottavat kumpareeksi lämpöakkualueen. Kuvio 6 esittää lämpöakulle 4 aja- tellun tasaisen rakennuspaikan 16, jossa pohjavesitaso 15 on syvyydellä h, joka on vähintään

I metri.

Kuvio 7 esittää esimerkkinä, miten kaatopaikan ja lämpöakun 4 yhdistelmä, joka on esitetty kuviossa 2, on nyt lähes kokonaan maanpäällisenä rakenteena muodostettu kuvion 6 esittä- — mälle tasankoalueelle, kooltaan noin 100 x 120 m. Tässä suoritusmuodossa on lämpöakun 4 sisään johdettavat putkistot helppo asentaa ja käyttää niitä. Samoin alueen salaojitus on hel- pompaa kuin myös lämpöakun 4 sisällä olevan veden poisto ja uuden pumppaaminen sinne tilalle.

Claims (8)

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Lämpöenergian varastoimiseen ja mainitun energian myöhempään hyväksikäyttöön tar- koitettu lämpöakku (4), joka lämpöakku (4) käsittää lämpöä varastoivaa materiaalia, jonka 5 — lämpötila on nostettavissa arvoon 100°C tai lähelle sitä ja jota lämpöenergiaa on mainitusta lämpöakusta (4) purettavissa myöhemmin valittuna ajankohtana, tunnettu siitä, että lämpö- akun (4) varaava massa (9) osaksi ja sen lisäksi lämpöakun (4) lämpöä eristävät rakenteet ovat muodostetut kaatopaikalle loppusijoitettavista valikoiduista jätteistä ja että mainittu lämpöakku (4) rakenteineen on sovitettu ja tarkoitettu sijoituspaikalleen jääväksi pysyväksi — kaatopaikaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöakku (4), tunnettu siitä, että varaavana massana (9) on kiinteän materiaalin lisäksi vesi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöakku (4), tunnettu siitä, että varaavana massana (9) on vesi sekä mineraaliaines, kuten tietyn kokoiset lohkareet tai betonilohkareet, kuten — alle 1 m.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöakku (4), tunnettu siitä, että lämpöenergian lataus ja purku lämpöakusta (4) suoritetaan lämpöakun (4) sisälle johdettujen vesiputkistojen (12) avulla.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöakku (4), tunnettu siitä, että varaavana massana — (9) toimiva vesi on sovitettu johtamaan lämpöä lämpöakun (4) sisällä sekä johtamalla läm- pöä että kuljettamalla lämpöä oman painovoimaisen pystysuuntaisen liikehtimisensä kautta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen lämpöakku (4), tunnettu siitä, että lämpöakkuun (4) on sovitettu pystysuuntaisia mineraaliaineksista vapaita tyhjiä kaivoja (8), joiden avulla on helpotettu lämpimän veden pyrkimystä nousta kevyempänä ylös.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen lämpöakku (4), tunnettu siitä, että lämpöakun (4) lataus ja lämpöenergian purku on suoritettavissa lämpöakussa (4) kerroksittain sijoittamalla kerroksiin sijoitetut putkistot (12a — 12d) erikseen ohjatuiksi esim. sulkuventtiilien (14) avulla.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpöakku (4), tunnettu siitä, että lämpöakun (4) — rakenne on muodostettu itsekantavaksi, joka on saatu aikaan lämpöakun (4) mineraaliai- neksilla tehdyn täytön ansiosta, jolla saadaan tuki myös lämpöakun (4) yläosalle.