NO164944B - Kjoelesystem for en motor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et kjølesystem for en motor som har et kjølemiddelinnløp og et kjølemiddelutløp, hvilket system omfatter i det minste ett rør for føring av et resirkulerende kjølemiddel fra motorens kjølemiddelutløp gjennom en varmeveksler til et kjølemiddelinnløp på motoren, hvilken varmeveksler omfatter en trykkbeholder, midler for å bilføre kjølemedium til beholderen og rette dette mot ytterflaten av nevnte minst ene rør i beholderen, midler for å fjerne kjølemedium fra beholderen etter at dette har vært i kontakt med nevnte rør, midler for å redusere trykket i beholderen for å senke fordampningstemperaturen av kjøleme-diet, samt en termostat som styrer strømmen av det resirkulerende kjølemiddel.

Et slikt kjølesystem er kjent fra WO83/03821. I dette kjølesystem benyttes termostaten til å avføle/styre temperaturen av kjølemiddelet som returnerer fra varmeveksleren til motoren, og hvis ikke dette er blitt tilstrekkelig avkjølt, blir det ikke returnert direkte til motoren, men blir istedenfor avledet til en hjelpevarmeveksler for ytterligere kjøling. I dette system har man således ikke muligheter til å sikre effektiv varmeoverføring i varmeveksleren ved fordampning av kjølemediet.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er således å tilveie-bringe et kjølesystem hvor varmeveksleren er effektiv nok til å unngå bruk av en hjelpevarmeveksler for å sikre tilstrekkelig avkjøling av kjølemiddelet, samt sikre effektiv varmeoverføring ved fordampning av kjølemiddelet i varmeveksleren, slik at denne f.eks. kan benyttes som fordamper i et desalineringsanlegg.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et kjølesystem av den innledningsvis nevnte type, hvor det karakteristiske er at termostaten er innrettet til å reagere på temperaturen av det resirkulerende kjølemiddel ved eller nær motorens kjølemiddelutløp for å styre strømmen av det resirkulerende kjølemiddel fra motorens kjølemiddelutløp til nevnte rør for å redusere eller forhindre strøm av resirkulerende kjølemid-del gjennom nevnte rør når temperaturen av kjølemiddelet faller under fordampningstemperaturen av kjølemediet.

Spesielt fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er definert i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for drift av et kjølesystem, hvilken fremgangsmåte er nærmere definert i krav 6.

En foretrukket utførelse av kjølesystemet ifølge foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives kun som eksempel under henvisning til vedføyede tegninger, hvor: Fig. 1 er en skjematisk fremstilling av en varmeveksler ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 er et skjematisk sideriss av et desalineringsanlegg som benytter varmeveksleren på fig. 1; Fig. 3 er et skjematisk enderiss av anlegget på fig. 2; og Fig. 4 er et skjematisk riss av en forbrenningsmotor som utgjør en varmekilde for anlegget på fig. 2 og 3.

Det skal først henvises til fig. 1, hvor det er vist en varmeveksler 1, som ble utviklet for å kjøle motorkjølevann (kjølemiddel) fra en "Caterpillar 398G" med 5°C fra 85°C til 8 0°C, hvilke temperaturer begge er under kokepunktet for vann ved atmosfæretrykk ved havflaten, ved hjelp av

kjølemedium ved 20°,

Varmeveksleren 1 omfatter en trykkbeholder 2 og en flerhet rør 3 anbragt i trykkbeholderen 2.

Kjølemiddelinnløpsporter 4 og kjølemiddelutløpsporter 5 er anordnet i de respektive ender av rørene 3 og strekker seg inn i trykkbeholderen 2. Rørene 3 er innrettet til å føre kjølemiddel fra motoren (ikke vist) gjennom trykkbeholderen 2.

Røret 3 kan være i form av prefabrikerte rørbunter som er sveiset sammen. De kan være fremstilt av AISI 316 rustfritt stål for å gi korrosjonsmotstand mot sterkt saltholdige eller andre korrosive kjølemedier. Imidlertid kan rørene være laget av ethvert egnet materiale, såsom kobber.

En innretning for å tilføre kjølemedium til beholderen omfatter et kjølemediuminnløp 6, som står i fluidstrømningsfor-bindelse med en flerhet spraydyser 7, slik at kjølemediet kan rettes mot ytterflaten av rørene 3 inne i trykkbeholderen 2.

Det vil forstås av fagmannen at enhver innretning for å føre kjølemedium henover rørene 3, såsom f.eks. en spalteforsynt kanal som leverer et kontinuerlig teppe av kjølemedium tii rørene 3, vil falle innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.

En innretning for å fjerne kjølemedium fra trykkbeholderen 2 etter at dette har vært i kontakt med rørene 3, omfatter en vakuumpumpe 8, som står i fluidstrømningsforbindelse med trykkbeholderen 2 ved hjelp av en ledning 9.

Ledningen 9 er vist forbundet med trykkbeholderen 2 nær dennes laveste punkt, men den kan være forbundet med trykkbeholderen på ethvert egnet punkt.

Ved å begrense strømningshastigheten for kjølemediet gjennom kjølemediuminnløpet 6 i forhold til vakuumpumpens 8 evne til å pumpe ut kjølemedium, kan trykket i trykkbeholderen 2 redu-seres i forhold til omgivelsestrykket.

I dette utførelseseksempel er innretningen for å fjerne kjøle-medium fra beholderen og innretningen for å redusere trykket i beholderen én og den samme. Imidlertid tenker man seg at denne operasjon kan oppnås ved f.eks. å benytte to slike an-ordninger, én for å fjerne kjølemediet fra beholderen, og den andre for å redusere trykket i beholderen via et separat ut-løp.

Trykket i beholderen må holdes på et nivå hvor kokepunktet

for kjølemediet er under temperaturen av kjølemiddelet som føres gjennom rørene 3. Dette gjør at varmeveksleren kan dra nytte av fordampningsvarme for å gi effektiv kjøling selv om temperaturen av kjølemiddelet befinner seg under kokepunktet for kjølemediet ved omgivelsestrykk, slik det kommer fra motoren .

Kjølemediet som pumpes fra trykkbeholderen 2 av pumpen 8

kan kasseres, eller det kan føres gjennom en kjøleanordning av en eller annen form og deretter resirkuleres gjennom inn-løpet 6.

I det foretrukne utførelseseksempel regulerer motorens termostat strømmen av varmt kjølevann fra motoren via innløpet 4 gjennom rørene 3 og således returen fra utløpet 5 til motoren av kaldere vann, idet strømningsreguleringen er slik at den avgitte varme fra motoren fjernes slik at motoren holdes på

en optimal funksjonstemperatur.

Når vann benyttes som kjølemedium og kjølemiddel senkes trykket i beholderen slik at kjølemediet koker ved eller under 40°C, noe som er godt under temperaturen av motorens kjøle-middel, som befinner seg ved 8 5°C når det strømmer inn i rørene 3 under normal drift. Både kjølemiddelet og kjølemediet befinner seg under vannets kokepunkt ved omgivelsestrykk. Fordampningsvarmen kan derfor benyttes til å minimalisere de nødvendige strømningshastigheter fordi kjølemediet bringes til å koke når det kommer i varmeoverføringskontakt med kjøle-middelet. En fordel i dette eksempel er at vanntemperaturen kan holdes betydelig under den temperatur hvor det dannes avsetninger eller kjelsten av alle vanlige urenheter som finnes i urene kjølemidler og kjølemedier. Da slike avsetninger reduserer virkningsgraden av varmevekslere, vil et slikt arrangement gjøre det mulig for varmeveksleren å fungere i lange perioder uten nevneverdig reduksjon av virkningsgraden.

Det skal nå henvises til fig. 2 og 3, hvor kjøleinnretningen

1 på fig. 1 er modifisert for bruk i et desalineringsanlegg. Trykkbeholderen 2 er delt i to seksjoner. Den første, som

er en fordampningsseksjon, inneholder røret 3 og spraydysene 7. Kjølemedium,i dette tilfelle saltvann, sprayes over rør-ene 3, som under de eksisterende trykkforhold bevirker at noe av saltvannet fordamper, mens resten samles i bunnen av for-dampningsseks jonen for utpumping av pumpen 8 og derfra til lagring i utblåsningstanken 10.

Saltfri damp dannet i fordamperseksjonen kan strømme gjennom en passasje 11 i toppen av beholderen 2 og inn i den andre seksjon, hvor den kondenseres av en kondenserkveil 12. Det resulterende destillerte vann samles opp i bunnen av den andre seksjon, hvorfra det pumpes ut av en vakuumpumpe 13. Det således utpumpede destillerte vann lagres i en holde-tank 14.

Utpumpningshastigheten av pumpene 8 og 13 i forhold til inn-strømningshastigheten gjennom dysene 7 er slik at trykket i beholderen 2 holdes på et redusert nivå.

Det destillerte vann som holdes i holdetanken 14 testes for salinitet ved hjelp av en salinitetssonde 15. Dersom vannet i holdetanken 14 er tilstrekkelig desalinert, vil en ventil 16 som reagerer på et signal fra sonden 15, slippe vannet fra-holdetanken 14 til en tank 17 for destillert vann, hvorfra det pumpes ved hjelp av en pumpe 18.

Funksjonen av pumpen 18 styres av en flottørbryter 19, som starter pumpen når nivået av destillert vann i tanken 17 befinner seg innenfor et forutbestemt område begrenset av nivåene 20 og 21.

Når destillert vann pumpes ut av trykkbeholderen 2, vil nivået i tanken 14 stige, og vann vil strømme gjennom ventilen 16 til tanken 17.

Fødevannet føres inn i fordamperen fra tanken 22 med større strømningshastighet enn destillatet som produseres. Det over-skytende konsentratvann, eller utblåsningsvann, er nødvendig for å holde de oppløste faststoffer i løsning. Utblåsnings^ vannet føres fra trykkbeholderen 2 inn i utblåsningstanken 10 av en pumpe 8, som bevirker at nivået i tanken 10 stiger og strømmer til et avløp gjennom overløpet 24.

Kjølemiddelet som strømmer gjennom rørene 3 oppvarmes når det bevirker kjøling av en forbrenningsmotor, i dette tilfelle en "Caterpillar 398G" motor, som er skjematisk vist på fig. 4. Motorens vannpumpe 40 tar kjølevann gjennom rørene 3 via slangen 41. Dette vann pumpes deretter gjennom motoren for å holde denne på optimal funksjonstemperatur og derfra via slangen 42 tilbake gjennom rørene 3.

Dersom vanntemperaturen målt av motorens termostat 4 3 faller til en temperatur hvor kjølemediet ikke ville koke ved det reduserte trykk som råder i trykkbeholderen 2, bevirker en kontroller 44 lukking av. en ventil 45. Kontrolleren gjør' dette ved å sammenligne temperaturen som oppfattes av termostaten 4 3 med en forutbestemt temperatur avhengig av trykket i trykkbeholderen, og dersom denne temperatur er under den forutbestemte temperatur, åpnes ventilen 4 5 pnevmatisk.

Når ventilen 45 er åpnet, vil kjølemiddel kunne strømme gjennom en radiator 46. Trykktapet gjennom radiatoren er mindre enn trykktapet gjennom rørene, og så snart ventilen 45 er åpnet, vil derfor kjølemiddelets foretrukne vei være gjennom radiatoren. Radiatoren er mindre i stand til å kjøle kjøle-middelet enn varmeveksleren 1, og derfor vil temperaturen i vannet stige inntil kontrolleren 44, som har mottatt et signal fra termostaten 43 som indikerer at temperaturen har steget over den forutbestemte temperatur, bevirker lukking av ventilen 45 for igjen å bringe kjølemiddelet til å strømme gjennom rørene 3 i varmeveksleren 1.

Saltvannet som strømmer inn i trykkbeholderen via spraydysene 7 har en temperatur på omtrent 20°. Trykket i beholderen 2

er slik at saltvannet koker ved en temperatur på mellom 40°C og 45°C. Temperaturen av kjølemiddelet som strømmer i rørene fra motoren er omtrent 85°C og blir kjølt til omtrent 80°C.

Man har funnet at et desalineringsanlegg som opererer med de ovennevnte temperaturer ikke lider av avsetning av salter, noe som ofte er et problem ved desalineringsanlegg som opererer med høyere temperaturer.

Det vil forstås at enhver varmeveksler som fungerer ved et

i trykk under omgivelsestrykket for derved å utnytte fordampningsvarmen vil falle innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse enten kjølemediet og kjølemiddelet er vann eller ikke.

Det vil videre forstås at kjølemiddelet ikke behøver være

i en væske, men kan være ethvert egnet fluid.

Det vil også forstås at rørene 3 kan være neddykket i et bad av kjølemedium som holdes på redusert trykk, og at et apparat i en slik tilstand vil falle innenfor oppfinnelsens ramme.

)

Claims (6)

1. Kjølesystem for en motor som har et kjølemiddelinnløp (4) og et kjølemiddelutløp (5), hvilket system omfatter i det minste ett rør (3) for føring av et resirkulerende kjølemiddel fra motorens kjølemiddelutløp (5) gjennom en varmeveksler (1) til et kjølemiddelinnløp (4) på motoren, hvilken varmeveksler (1) omfatter en trykkbeholder (2), midler (6, 7) for å tilføre kjølemedium til beholderen (2) og rette dette mot ytterflaten av nevnte minst ene rør (3) i beholderen (2), midler (8, 9; 13) for å fjerne kjøle-medium fra beholderen (2) etter at dette har vært i kontakt med nevnte rør (3), midler (8) for å redusere trykket i beholderen (2) for å senke fordampningstemperaturen av kjølemediet, samt en termostat som styrer strømmen av det resirkulerende kjølemiddel, karakterisert ved at termostaten (43) er innrettet til å reagere på temperaturen av det resirkulerende kjølemiddel ved eller nær motorens kjølemiddelutløp (5) for å styre strømmen av det resirkulerende kjølemiddel fra motorens kjølemiddelutløp (5) til nevnte rør (3) for å redusere eller forhindre strøm av resirkulerende kjølemiddel gjennom nevnte rør (3) når temperaturen av kjølemiddelet faller under fordampningstemperaturen av kjølemediet.

2. Kjølesystem ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte midler (6, 7) for tilførsel av kjølemedium til beholderen (2) som i og for seg kjent omfatter en kjølemediuminnløpsport (6), og en flerhet dyser (7) i fluidstrømningsforbindelse med innløpsporten (6) for å rette kjølemediet mot nevnte rør (3).

3. Kjølesystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kjølemiddelet strømmer inn i nevnte rør (3) ved omtrent 80°C, og at trykket i beholderen (2) er slik at kjølemediet koker ved omtrent 40°C.

4. Kjølesystem ifølge krav 1, karakterisert ved at termostaten er innrettet til etter motorens temperatur å styre strømmen av varmt fluid til nevnte rør (3) og opprettholde motorens optimale driftstemperatur.

5. Kjølesystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at motoren innbefatter en radiator (46) som er forbundet i parallell med nevnte rør (3), idet termostaten (43) bringer kjølemiddelet til å strømme gjennom radiatoren (4 6) når temperaturen av kjølemiddelet faller under en forutbestemt temperatur.

6. Fremgangsmåte for drift av et kjølesystem som omfatter en varmeveksler (1) som har en trykkbeholder (2), i det minste ett rør (3) for å føre et resirkulerende motorkjøle-middel til, inn i og ut av beholderen (2), midler (6, 7) for tilførsel av et kjølemedium til beholderen (2) og retting av dette mot ytterflaten av nevnte rør (3) inne i beholderen (2), midler for å fjerne kjølemediet fra beholderen (2) etter kontakt med nevnte rør (3), midler (8) for å redusere trykket i beholderen (2) for å senke fordampningstemperaturen av kjølemediet, og midler (43) for å føle temperaturen av kjølemiddelet, hvilken fremgangsmåte medfører de trinn å tilføre kjølemedium til beholderen (2), bringe kjølemediet i varmevekslende forhold til kjølemiddelet som føres i nevnte rør (3), redusere trykket i beholderen (2) slik at kjøleme-diet koker for å trekke kjølemediets fordampningsvarme fra kjølemiddelet, karakterisert ved det trinn å redusere eller forhindre strøm av resirkulerende kjølemid-del gjennom nevnte rør (3) når temperaturen av kjølemiddelet som forlater motoren faller under fordampningstemperaturen av kjølemediet.