NL8104780A - Warmteoverdrachtsinstallatie. - Google Patents

Description

Λ: .

N/30.405-tM/id

Warmte-overdrachtsinstallatie.

De uitvinding heeft betrekking op een gedeeltelijk in het onderdrukgebied werkende warmte-overdrachtsinstallatie met een vloeibare warmtedrager, welke installatie bestaat uit tenminste een vlakke warmtewisselaar voor het 5 opnemen of afgeven van warmte/ een leidingsysteeem uit buizen met een circulatiepomp en gebruikelijke buisleiding-fit-tingen en -armaturen/ een warmtewisselaar van gebruikelijke constructie en een drukregelinrichting.

De installatie kan bijvoorbeeld als deel van een 10 verwarmingsinstallatie voor benutting van de zonne-energie of ook voor ruimte—verwarming met warmtewisselaars met groot oppervlak op wanden, vloeren of aan plafonds toegepast worden.

üit het Duitse Offenlegungsschrift 2714091 is 15 een warmtewisselaarelement uit een aan beide zijden van een laag voorziene dubbele weefselbaan bekend, dat als warmte-absorptieelement voor de benutting van de zonne-energie en als verwarmingselement zoals een tapijt toegepast kan worden. Het element wordt met een ten opzichte van de atmosfeer ver-20 hoogde inwendige druk belast. De wegens het grote oppervlak onstane enorme krachten worden door een groot aantal binddraden, die het boven- en onderweefsel vast met elkaar verbinden, opgenomen. De vervaardiging van zulke vlakke warmtewisselaars is zeer kostbaar.

25 Uit het Duitse Offenlegungsschrift 2818154 is in verband met de aanvullingsaanvrage, het Duitse Offenlegungsschrift 2909027 een collectorelement voor het opnemen van zonne-energie bekend, dat uit twee folies met een daartussen liggende membraanlaag, bijvoorbeeld uit vlies of schuimmate-30 riaal bestaat. Zoals uit de aanvullingsaanvrage blijkt, worden de folies met de membraanlaag door plakken of lassen verbonden of wordt de membraanlaag op vele plaatsen voorzien van gaten, zodat de folies op deze plaatsen direkt aan elkaar geplakt of gelast kunnen worden. Ook de fabricage van deze 35 vlakke warmtewisselaar is kostbaar. De constructie wijst erop, dat de platte warmtewisselaar met een druk moet werken, die boven de atmosferische druk ligt, zoals bij verwarmings-installaties gebruikelijk is. Nadelig voor de houdbaarheid 8104780 -2- s ♦ ** van de elementen werkt de loodrecht op het plakoppervlak werkende krachtcomponent.

Nu zijn ook warmte-overdrachtsinstallaties bekend, die geheel of gedeeltelijk in een drukgebied werken, dat on-5 der de atmosferische druk ligt*

Zo wordt in het Duitse Offenlegungsschrift 2601673 een werkwijzè en een inrichting voor het benutten van de zonne-energle beschreven, die voor de warmte-overdracht de verdampingswarmte benut. Als warmtedrager dient in het 10 bijzonder water. Daar de kooktemperatuur van het water bij atmosferische druk in de collector niet bereikt wordt, moet de installatie zorgvuldig geevacueerd worden. De zeer lage systéemdruk laat zich slechts moeilijk in stand houden.

Verder is uit het Duitse Offenlegungsschrift 15 2809690 een inrichting voor het verwarmen en voor het be nutten van de zonne-energie bekend, die met verschillende drukken, dus ook een onderdruk, belast kan worden. Het gaat daarbij om een gesloten systeem, waarbij de druk door volume— veranderingen, bijvoorbeeld ten gevolge van temperatuur-20 schommelingen bij voorinstelling van een druk, die kleiner of gelijk aan de atmosferische druk is, niet boven een toelaatbare maat stijgt. Daardoor is geen veiligheidsklep nodig en kunnen de installatiedelen kleiner gedimensioneerd worden. Er is niet aangegeven, hoe deze onderdruk opgewekt wordt.

25 Onafhankelijk daarvan is het niet mogelijk> de installatie tijdens het bedrijf te ontluchten, wanneer de druk in de gasruimte boven het membraan kleiner dan de atmosferische druk is. Deze installatie is'derhalve niet geschikt om voortdurend in het onderdrukgebied te werken.

30 De uitvinding beoogt een warmte-overdrachtsinstal- latie te ontwikkelen die het mogelijk maakt eenvoudig opgebouwde lichte vlakke warmtewisselaars toe te passen, waarvan de verbindingsplaatsen niet aan een loodrecht daarop werkende krachtcomponent blootgesteld zijn.

35 Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door een gedeeltelijk in het onderdrukgebied werkende warmte-over-drachtsinstallatie, die is gekenmerkt, doordat de verticaal naar onderen leidende buizen van het leidingssysteem (2) in afhankelijkheid van het debiet van de circulatiepomp (4) zo 40 zijn gedimensioneerd, dat de stromingssnelheid van de warmte- 8104780 ___ __ _ _____ ____ _ _ _ _ Λ_ * -3- drager groter is dan 0,5 m/s en de drukregelinrichting (5) de druk in het leidingsysteem zo regelt, dat deze onafhankelijk van de temperatuur van de warmtedrager in de vlakke warmtewisselaar (1) kleiner is dan de atmosferische druk 5 en in de bedrijftoestand nagenoeg constant gehouden wordt.

De stromingssnelheid van meer dan 0,5 m/s is nodig om de door eventuele ondichtheden of door ontgassen van de warmtedrager ontstane resp. bij in bedrijfname van de installatie aanwezige gassen in het overdrukgebied te 10 kunnen transporteren, waar ze op bekende wijze, bijvoorbeeld door een ontluchtingsklep met vlotterbesturing uit de kringloop verwijderd worden.

De druk kan op verschillende wijze geregeld worden. Bij een openleidingsysteem (2) geschiedt de regeling op 15 eenvoudige wijze via een met het leidingsysteem (2) verbonden beluchte vloeistofkolom, waarvan de hoogte op een bepaald niveau onder de vlakke warmtewisselaar gehouden wordt. Dit geschiedt op zeer eenvoudige wijze doordat aan de onderste horizontale buisleiding van het leidingsysteem (2) een ver-20 ticale buisleiding (6) naar boven naar een vat gelegd wordt, waarvan de diameter groot genoeg is om het uitzettingsvolume zonder grote verandering van de vulhoogten te kunnen opnemen. Wanneer geen voldoende plaats voor een dergelijk vat aanwezig is, kan het niveau ook met behulp van een overloopwand 25 (7) constant gehouden worden. Daarbij kan de naar de atmos feer open buisstomp met overloopwand (7) en ringvormige bak (8) ook direkt in de naar onderen leidende buis van het leidingsysteem (2) onder de vlakke warmtewisselaar (1) ingebouwd worden. De overtollige warmtedrager stroomt over de 30 overloopwand (7) in de ringvormige bak (8) en komt dan via een buisleiding (9) in een lager liggend reservoir (10). Bij behoefte, bijvoorbeeld bij het vullen van de installatie of vermindering van het omloopvolume door temperatuurdaling wordt over een laadpomp (12) met bijvoorbeeld vlotterbestu-35 ring de warmtedrager uit het reservoir (10) over de buisleiding (11) weer in het leidingsysteem (2) teruggepompt.

Is onder de buisstomp geen plaats voor het reservoir (10), dan kan het niveau in de buisstomp ook door een bijvoorbeeld met gebruikelijke vulniveausonden (13) bestuur-40 de laadpomp (12) geschieden, waarvan de transportrichting om- 8104780 * ^ -4- keerbaar is. De pomp is dan over een buisleiding (11) met de buisstomp en het reservoir (10) verbonden.

Bij al deze .inrichtingen kan de naar de atmosfeer open.drukregelinrichting ook voor het ontluchten van de in-5 stallatie worden benut, zodat geen ontluchtingskleppen nodig zijn. Dergelijke ontluchtingskleppen bijvoorbeeld met vlot-terbesturing zijn bij een gesloten leidingsysteem (2) absoluut nodig en moeten zo in het overdrukgebied aangebracht zijn, dat zich in het drukregelsysteem (5) geen gas kan ver-10 zamelen, dus voor of op de drukregelinrichting (5).

De drukregelinrichting (5) bestaat uit een met bijvoorbeeld een membraan (14) , een vouwbalg (15) of een zuiger (16) afgesloten vat, op de gemakkelijk beweegbare afsluiting waarvan een constante kracht, bijvoorbeeld een ge-15 wicht (17) werkt. Het vat en de afsluiting moeten daarbij zo zijn gedimensioneerd, dat door de beweging van de afsluiting ten gevolge van de volumeverandering geen grote krachten ontstaan.

Door de installatie volgens de uitvinding is het 20 mogelijk vlakke warmtewisselaars met groot oppervlak voor de warmteoverdracht toe te passen, die uit twee dunne, boven elkaar aangebrachte, slechts aan de randen met elkaar gas-•dicht verbonden folies (19,20) bestaan, die door een drukvas-te poreuze tussenlaag (21) bijvoorbeeld uit schuimmateriaal 25 met open poriën of een vlies van elkaar gescheiden zijn. In plaats van de tussenlaag (21) kunnen ook de folies van in-drukkingen voorzien zijn, die al naar gelang van de toepassing drukken van tenminste 0,5 bar weerstaan en de folies (19,20) bij deze belasting uit elkaar houden, zodat de warm-30 tedrager ongehinderd daardoorheen kan stromen. Daar de vlakke warmtewisselaar· slechts door uitwendige krachten wordt belast, die door de afstandshouders (21) worden opgenomen, blijven de gevoelige verbindingsplaatsen van de folies nagenoeg onbelast. Niet alleen wordt de fabricage van zulke vlak-35 ke warmtewisselaars vereenvoudigd, ook hun levensduur wordt daardoor aanzienlijk verhoogd.

Daar de warmtedrager niet moet verdampen, is het drukverlies van de vlakke warmtewisselaar (1) beperkt. De druk van de warmtedrager moet aan de inlaat onder de atmos-40 ferische druk liggen, bijvoorbeeld 0,9 bar; dan mag het to- '8104780 -5- tale drukverlies van de vlakke warmtewisselaar (1) het met 0,1 bar verminderde verschil tussen de atmosferische druk en de kookdruk van de warmtedrager bij de betreffende bedrijf stemperatuur, die maximaal 80^ C kan bereiken, niet over-5 schreiden. Wordt water als warmtedrager toegepast, dan bedraagt het maximaal toelaatbare drukverlies 0,43 bar. Dit totale drukverlies is samengesteld uit de stromingsweerstand en de statische hoogte bij een niet horizontaal aangebrachte platte warmtewisselaar (1). Om de installatie gemakkelijker 10 in bedrijf te nemen is in de onmiddellijke nabijheid van de platte warmtewisselaar (1) een bypass (22) met een ontluch-tingsklep aangebracht. De installatie wordt met vermijding van de platte warmtewisselaar (1) volledig gevuld. Op gunstige wijze wordt tijdens deze handeling de drukregelinrichting 15 (5) van het leidingsysteem (2) gescheiden. Daarna wordt de circulatiepomp (4) ingeschakeld en de drukregelinrichting (5) weer met het leidingsysteem (2) verbonden. De platte warmtewisselaar (1) kan nu, daar zich in het bovenste deel van de installatie een onderdruk heeft gevormd, langzaam bijgescha-20 keld worden. Een snellere inbedrijfname kan worden bereikt, doordat de platte warmtewisselaar (1) reeds bij de vulhande-ling geevacueerd wordt. Hiertoe is in het bijzonder een water-straalpomp (23) geschikt, die op de plaats in het leidingsysteem (2) is ingebouwd, waar de bypass (22) in de stromings-25 richting weer in het leidingsysteem (2) uitmondt. De van de bypass (22) in het leidingsysteem (2) stromende warmtedrager vormt de aandrijfstraal. De bijgevoegde tekeningen stellen bijzondere uitvoeringen van de installatie voor en moeten de uitvinding nader toelichten zonder deze te beperken.

30 Fig. 1 toont de installatie met open leidingsys teem (2) en een drukregelinrichting (5) in de vorm van een buffervat.

Fig. 2 toont de installatie met open leidingsysteem (2) en een daarvan gescheiden reservoir (10) . De druk-35 regelinrichting (5) is hierbij in het leidingsysteem (2) geïntegreerd en bestaat uit een overloopwand (7) en een ringvormige bak (8).

Fig. 3 toont de installatie met open leidingsysteem (2) en een daarvan gescheiden reservoir (10). De druk-40 regelinrichting (5) bestaat uit een open buisstomp met vul- 8104780 - . -6- niveauspnden (13), die een laadpomp (12) besturen en zo het vloeistofniveau constant houden.

Fig. 4 toont de installatie met gesloten lei-, dingsysteem (2) . De drukregelinrichting (5) bestaat uit een . 5 met een membraan (14) afgesloten vat, dat met een gewichts-plaat (17) belast is.

Fig. 5 töont de drukregelinrichting (5) volgens fig. 4 met een vouwbalg (15) in plaats van het membraan (14).

Fig. 6 toont de drukregelinrichting (5) volgens 10 fig. 4 met een zuiger (16) in plaats van het membraan (14).

8104780

Claims (9)

1. Gedeeltelijk in het onderdrukgebied werkende warmteoverdrachtsinstallatie met een vloeibare warmtedrager, welke installatie uit minstens een vlakke warmtewisselaar voor het opnemen resp. afgeven van warmte, een leidingsysteem 5 met een circulatiepomp, een warmtewisselaar en een drukregel-inrichting bestaat, met het kenmerk, dat de verticaal naar onderen voerende buizen van het leidingsysteem (2) in afhankelijkheid van het debiet van de circulatiepomp (4) zo gedimensioneerd zijn, dat de stromingssnelheid van 10 de warmtedrager groter dan 0,5 m/s is, en de drukregelinrichting (5) de druk in het leidingsysteem zo regelt, dat deze onafhankelijk van de temperatuur van de warmtedrager in de vlakke warmtewisselaar (1) kleiner is dan de atmosferische druk en in de bedrijfstoestand nagenoeg constant gehouden 15 wordt.

2. Installatie volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de drukregelinrichitng (5) uit een onder de vlakke warmtewisselaar (1) aangebracht vat bestaat, dat over een buisleiding (6) met het leidingsysteem (2) verbon- 20 den en naar de atmosfeer geopend is, en dat tenminste het uit-zettingsvolume van de warmtedrager zonder grote verandering van de vulhoogte opnemen kan.

3. Installatie volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat als drukregelinrichting (5) in het lei- 25 dingsysteem (2) onder de vlakke warmtewisselaar (1) een naar de atmosfeer open buisstomp met een overloopwand (7) en een ringvormige bak (8) ingebouwd is, die over de buisleiding (9) met het onder de buisstomp aangebracht reservoir (10) verbonden is, waaruit een buisleiding (11) met een laadpomp 30 (12) bijvoorbeeld met vlotterbesturing weer naar de buis stomp gelegd is.

4. Installatie volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat als drukregelinrichitng (5) onder de vlakke warmtewisselaar (1) een met het leidingsysteem (2) verbon- 35 den, naar de atmosfeer open buisstomp ingebouwd is, die van een niveauschakelaar zoals bijvoorbeeld gebruikelijke vul-niveausonden (13) voorzien is en over een buisleiding en de door de niveauschakelaar bestuurde laadpomp (12) waarvan de 8104780 * -8- transportrichting omkeerbaar is, met een willekeurig aange-"bracht reservoir (10) verbonden is.

5. Installatie volgens conslusie 1, m e t het k e n m e r k/.dat als drukregelinrichting (5) bij gesloten 5 leidingsysteem een bijvoorbeeld met een membraan (14), een vouwbalg (15) of zuiger (16) afgesloten vat toegepast wordt, op de gemakkelijk beweegbare afsluiting waarvan een constant werkende kracht zoals bijvoorbeeld een gewicht (17) werkt, en dat in het overdrukgebied voor en/of op deze drukregel-. 10 inrichting een automatische ontluchting (18) aangebracht is.

6. Installatie volgens de conclusies 1 to 5, met het kenmerk, dat de platte warmtewisselaar (1) uit een onderste (19) en een bovenste folie (20) die slechts aan de randen door bijvoorbeeld plakken of lassen 15 gasdicht met elkaar verbonden zijn, en daartussen liggende afstandshouder (21) zoals bijvoorbeeld schuimmateriaal met open poriën, vlies of indrukkingen van de folies zelf bestaat.

7. Installaties volgens de conclusies 1 tot 6, 20 met het kenmerk, dat de vlakke warmtewisselaar (1) een totaal drukverlies heeft, dat minstens 0,1 bar kleiner dan het verschil tussen de atmosferische druk en de damp-druk van de warmtedrager bij bedrijfstemperatuur die maximaal 80^ C bedragen kan, is.

8. Installatie volgens de conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat deze een bypass (22) met ontluchting in de onmiddellijke nabijheid van de vlakke warmtewisselaar (1) bezit.

9. Installatie volgens de conclusies 1 tot 8, 30 met het kenmerk, dat op de plaats^ waar de bypass (22) in de stromingsrichting gezien weer in het leidingsysteem (2) uitmondt, een onderdruk opwekkende inrichting zoals bijvoorbeeld een waterstraalpomp (23) ingebouwd is. 8104780