DK147583B - Varmeveksler med et hovedroer, som er omgivet af vand - Google Patents

Description

147583

Opfindelsen angår en varmeveksler med et hovedrør, som er omgivet af vand, hvorfra varme skal overføres til et koldt varmevekslermedium, som strømmer gennem hovedrøret.

Ved udvindelse af energi af søvand ved hjælp af varmepumpe-5 anlæg møder man ofte problemet med tilisning af den del af sy stemet, som optager energien fra vandet. Da vandet i søer og vandløb i mange lande i vintertiden holder en forholdsvis lav temperatur (+1,8°C på 40 m dybde ca. 1 m fra bunden i Storsjdn, Jåmtland), bliver den til rådighed stående temperaturdifference 10 ned til 0°C meget lille. Hvis man derfor vil undgå tilisning af varmevekslerens hovedrør, må man sørge for, at varmevekslermediet, når det strømmer ind i hovedrøret, har en forholdsvis høj temperatur, nemlig så høj, at den energioptagelse, der sker fra vandet, bliver tilstrækkeligt lille til, at dette ikke fry-15 ser. En høj tilløbstemperatur af varmevekslermediet medfører imidlertid, at der, for at der kan optages tilstrækkelig energi i varmevekslermediet, skal anvendes meget af dette. Dette kunne der rådes bod på ved at anvende en lavere tilløbstemperatur af varmevekslermediet til hovedrøret for derved at få et større 20 temperaturfald mellem vandet, der omgiver dette, og varmeveksler mediet, men i så fald risikerer man tilisning af hovedrøret, idet varmevekslermediet i så fald vil optage så megen energi fra vandet, at dettes temperatur falder til under frysepunktet.

En sådan tilisning nedsætter i væsentlig grad varmevekslerens 25 effektivitet.

Varmeveksleren ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved, at hovedrøret,i det mindste på en strækning begyndende ved hovedrørets indløb,indeholder et antal med hovedrøret i det væsentlige koncentriske rør, hvorhos varmevekslermediet 30 er beregnet til under tryk at blive tilført det inderste rør, og hvorhos rørene er forsynet med på en sådan måde placerede endevægge, at mediet bringes til at strømme frem og tilbage i mellemrummene mellem de koncentriske rør og til slutteligt at strømme i mellemrummet mellem det yderste rør og hovedrøret.

35 Herved opnås der en betydelig nedsættelse af faren for tilis ning af hovedrøret selv ved anvendelse af et varmevekslermedium med lille tilløbstemperatur. Dette skyldes, at der ved varmevekslerens anvendelse vil indstille sig en temperaturgradient 2 147583 mellem på den ene side berøringsfladen mellem hovedrørets yderside og det omgivende vand og på den anden side det inderste rør. Denne gradient skyldes, at det varmevekslermedium, der strømmer i mellemrummet mellem det yderste rør og hovedrøret, vil blive 5 opvarmet af dette sidste og vil afgive en del af sin varme til det yderste rør, der på sin side vil opvarme det varmevekslermedium, som strømmer inde i det yderste rør, og dette varmeveksler-. medium vil igen afgive en del af sin varme til det næste rør, indtil der endelig vil ske en varmeoverførsel til det gennem det 10 inderste rør tilstrømmende kolde varmevekslermedium. Dette inde bærer igen, at varmevekslermediet allerede er blevet opvarmet i nogen grad, når det strømmer ind i mellemrummet mellem det yderste rør og hovedrøret, hvorved energioptagelsen på dette sted fra det omgivende vand formindskes, og tilisningsfaren tilsva-15 rende reduceres. Selv om varmevekslermediet strømmer til mellem rummet mellem det yderste rør og hovedrøret med en forholdsvis høj temperatur, opnås der alligevel en god energioptagelse fra det omgivende vand, idet varmevekslermediet under sin strømning i mellemrummet mellem det yderste rør og hovedrøret afgiver 20 en del af sin varme til det yderste rør og følgelig selv under går en langsommere opvarmning, end tilfældet ellers ville være.

Sagt med andre ord, vil det varmevekslermedium, som strømmer i mellemrummet mellem det yderste rør og hovedrøret kunne opretholde en tilstrækkelig lav temperatur til, at der opnås en god 25 varmeoverførsel fra vandet og til det varmevekslermedium, der strømmer i det pågældende mellemrum, og som vil være betydeligt højere end i det tilfælde, hvor det pågældende varmevekslermedium ikke kunne afgive en del af sin tilførte varme under sin strømning gennem det nævnte mellemrum. Opfindelsen medfører 30 således, at et billigt aggregat af f.eks. plastrør kan anvendes til udvindelse af energi fra f.eks. søvand. Aggregatet, som udgør et lukket system, der indeholder et varmevekslermedium med lavt frysepunkt, kan lægges direkte i søen.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning 35 til tegningen, som viser en udførelsesform for varmeveksleren ifølge opfindelsen, idet 147583 3 fig. 1 skematisk viser et anlæg, hvori en eller flere varmevekslere ifølge opfindelsen kan indgå, og fig. 2 et vandret snit af en udførelsesform for varmeveksleren ifølge opfindelsen.

5 I fig. 1 betegner 1 en ikke nærmere vist mekanisme til cirkulering af et varmevekslermedium, f.eks. en væske med nedsat frysepunkt gennem et på bunden af en sø nedlagt rørsystem 2. Søvandets temperatur kan være ca. 2°C, medens væsken med nedsat frysepunkt kan have temperaturen 10 —4°C.

Systemet 2 omfatter to parallelle rør 3 og 4, hvorimellem et eller flere varmevekslerrør 5, i det følgende benævnt hovedrør, er tilsluttet. Væsken med nedsat frysepunkt tilføres under tryk gennem røret 3, hvorefter væsken 15 strømmer gennem rørene 5, således som vist med pile, hvor ved varme optages af væsken, således at dennes temperatur stiger til ca. +1°C ved indstrømningen i røret 4. Den på denne måde udvundne varme anvendes i mekanismen 1 på konventionel måde, hvorved temperaturen af væsken, som forla-20 der mekanismen 1, påny synker til ca. -4°C.

Et af hovedrørene i fig. 1 er vist i enkeltheder i fig.

2. Hovedrøret 5 er ved den ene ende på tætnende måde fastgjort mod en ringformet flange 6 på røret 3's kappeflade, og er ved den anden ende på tætnende måde fastgjort mod en ringformet 25 flange 7, der er dannet af en udkraget kant langs en i røret 4's kappe udsparet cirkulær åbning 8.

Hovedrøret 5 indeholder fire indre med hovedrøret 5 i hovedsagen koncentriske rør 9-12. Røret 3's kappe er forsynet med en cirkulær åbning 13, hvis kant er udkraget til dan-30 nelse af en ringformet flange 14, omkring hvilken røret 9 er fastgjort på tætnende måde.

Røret 10 er ved hjælp af afstandsorganer 15 fastgjort koncentrisk omkring røret 9 i afstand fra røret 3's kappeflade. Røret 9's frie ende udmunder i afstand fra den 35 hosværende ende af røret 10, som er lukket ved hjælp af en endevæg 16.

Røret 11 er på tætnende måde fastgjort mod en ringfor- 147533 4 met flange 17 på røret 3. Røret 12 er ved hjælp af afstandsorganer 18 fastgjort koncentrisk omkring røret 11 i afstand fra røret 3's kappeflade. Den ende af røret 12, som befinder sig nærmest røret 4, er lukket ved hjælp af 5 en endevæg 19, som befinder sig i afstand fra røret 11's frie ende.

Væske, som strømmer ind i røret 9 gennem åbningen 13 i røret-3, strømmer først gennem røret 9 og derefter frem og tilbage gennem mellemrummene mellem rørene 9-12 og 5, 10 således som vist med pile i fig. 2. Derved opnås der en styret temperaturgradient fra kontaktoverfladen mellem vandet og den energioptagende overflade til den koldeste del af det energioptagende medium, hvorved der undgås en påfrysning af hovedrøret 5's kontaktoverflade i forhold 15 til vandet.

Rørene 9-12 kan med fordel bestå af tyndvæggede, billige plastrør. Kun til hovedrøret 5 behøver man at stille større krav, hvad angår diffusionstæthed.

Proportionerne mellem zonerne A og B, jfr. fig. 2, lige-20 som antallet af rør og disses dimensioner og længder, væl ges på en sådan måde, at der opnås optimal udløbstemperatur af det varmebærende medium.