NL1013580C2 - Toevoerinrichting voor het middels intrusiestroming op een variabele hoogte toevoeren van vloeistof en vloeistofhouder. - Google Patents

Description

a I

Toevoerinrichting voor het middels intrusiestroming op een variabele hoogte toevoeren van vloeistof en vloeistofhouder.

De uitvinding heeft betrekking op een toevoerinrichting voor het middels 5 intrusiestroming op een variabele hoogte toevoeren van vloeistof en een vloeistofhouder voorzien van een dergelijke toevoerinrichting.

Voor de opslag van warmte of koude wordt gebruik gemaakt van met vloeistof gevulde opslagvaten. Om de energieconsumptie van een warmtebron of koelinrichting te 10 beperken of om de beschikbare energie optimaal te benutten wordt op voordelige wijze de warmte of koude van vloeistof in het opslagvat thermisch gelaagd opgeslagen.

Hierbij wordt gebruik gemaakt van het verschil in dichtheid van de vloeistof dat wordt veroorzaakt door de temperatuurverschillen. Thermisch gelaagde warmteopslag vindt bijvoorbeeld plaats in de voorraadhouder van een zonne-energiesysteem. Om de 15 thermische gelaagdheid zo goed mogelijk in stand te houden dient de aan een voorraadhouder toegevoerde vloeistof juist op die hoogte in de voorraadhouder te worden gebracht waar de vloeistoftemperatuur van de toegevoerde vloeistof overeenkomt met de temperatuur van de lokaal in de voorraadhouder aanwezige vloeistof. Bij wisselende gebruikssituaties (bijvoorbeeld wisselende toevoertemperatuur 20 en/of wisselende temperatuurcondities in de voorraadhouder) dient de toevoerinrichting te zijn ingericht voor het op wisselende hoogte toevoeren van de vloeistof. Daarbij is het voorts van belang dat de pluim toegevoerde vloeistof zo min mogelijk menging teweeg brengt. Hiertoe zijn in de zijwand van voorraadhouders geïntegreerde toevoermiddelen bekend. Deze functioneren naar verwachting maar zijn niet eenvoudig te vervaardigen 25 of uit te wisselen.

Doel van de uitvinding is een toevoerinrichting te verschaffen van het in aanhef genoemde type, waarmee op doeltreffende wijze met behulp van een zelfstandig werkende unit een intrusiestroming kan worden gerealiseerd.

30

De uitvinding verschaft daartoe een toevoerinrichting voor het middels intrusiestroming op een variabele hoogte toevoeren van vloeistof, omvattende een toevoerbuis met tenminste één uitstroomopening, en tenminste één aan de uitstroomopening van de toevoerbuis grenzend plaatorgaan zodanig dat nabij de uitstoomopening van de 1013580

I I

-2- toevoerbuis een spieetvormige ruimte is gelegen waardoor de uit de toevoerbuis tredende vloeistof stroomt. Bij voorkeur is het plaatorgaan zodanig geplaatst dat het zich in hoofdzaak evenwijdig aan de hartlijn van de toevoerbuis uitstrekt. Een dergelijke toevoerinrichting kan op zeer eenvoudige wijze worden vervaardigd en kan vervolgens 5 zonder ingrijpende maatregelen in een voorraadhouder worden geplaatst. Zo kan de toevoerinrichting bijvoorbeeld via de bovenzijde van een voorraadhouder door het vloeistofoppervlak in de vloeistof worden gestoken. Een bijkomend voordeel van een dergelijke constructie is dat de inrichting gelijktijdig kan worden gebruikt als ontluchting van de vloeistofhouder. Met een dergelijke toevoerinrichting is het ook 10 mogelijk het rendement van bestaande vloeistofhouders te verhogen wanneer deze nog niet zijn voorzien van een inrichting voor het middels intrusiestroming toevoeren van vloeistof. Een voorbeeld hiervan is een vloeistofhouder met een zogeheten topinlaat, hetgeen een inlaat aan de bovenzijde van de vloeistofhouder impliceert middels welke toevoer vloeistof wordt aangevoerd. Wanneer een dergelijke toevoer wordt vervangen 15 door de toevoerinrichting overeenkomstig de uitvinding kan met een geringe investering een verhoogd rendement worden gerealiseerd, afhankelijk van de dimensies en gebruikscondities van het systeem waarin de voorraadhouder is opgenomen. Ook voor revisie en onderhoud is de toevoerinrichting overeenkomstig de uitvinding zeer voordelig. Deze kan immers op eenvoudige wijze worden verwijderd zodanig da de 20 noodzakelijke werkzaamheden aan toevoerinrichting en/of voorraadhouder kunnen worden uitgevoerd. Nog een ander voordeel is dat de toevoerinrichting ook voordelig kan worden toegepast in een voorraadhouder waarin andere elementen zijn opgenomen zoals bijvoorbeeld een helixvormige warmtewisselaar. Toevoer vanaf de wand van een voorraadhouder kan in het geval van de aanwezigheid van een helixvormige 25 warmtewisselaar minder voordelig plaatsvinden daar de pluim toegevoerde vloeistof in contact kan komen met de warmtewisselaar hetgeen tot menging kan leiden met als gevolg een verminderde gelaagdheid en dus verminderd rendement. Weer een ander voordeel is dat de toevoerinrichting het mogelijk maakt vloeistof vanuit een centrale positie aan de houder toe te voeren hetgeen verder bijdraagt aan een gelijkmatige, en 30 dus stabiele, gelaagdheid over de gehele voorraadhouder.

1013580 -3-

In een voorkenrsuitvoering van de toevoerinrichting is de uitstroominrichting in de mantel van de toevoerbuis aangebracht. Daarbij kan een van de van de uitstroomopening af gerichte delen van de toevoerbuis zijn afgesloten. Een dergelijke uitvoering van de toevoerinrichting wordt bij voorkeur gecombineerd met een 5 plaatorgaan dat is gekromd en tenminste voor een deel op enige afstand van de toevoerbuis en rond de toevoerbuis is gelegen. Een voorbeeld hiervan is een cilindermantelvormig plaatorgaan met een grotere diameter dan de buisdiameter dat concentrisch rond de toevoerbuis kan zijn geplaatst. Al naar gelang het verschil in dichtheid van de instromende vloeistof en de opbouw van de vloeistofdichtheid in de 10 voorraadhouder zoekt de toegevoerde vloeistof, welke uit de uitstroomopening treedt, tussen de toevoerbuis en het plaatorgaan zich een weg naar boven of beneden totdat het niveau is bereikt waar de dichtheden van de vloeistoffen overeenkomen om aldaar middels een min of meer horizontale pluim in de voorraadhouder te stromen. Bij een vloeistof, zoals bijvoorbeeld water, kan de dichtheid van de vloeistof verband houden 15 met de temperatuur van de vloeistof. Maar het is ook mogelijk dat de verschillen in dichtheid een andere oorzaak hebben zoals bijvoorbeeld uiteenlopende de hoeveelheden opgelost materiaal. Het plaatorgaan heeft als functie de toegevoerde vloeistof in een, bij voorkeur laminaire stroming, langs het plaatorgaan te laten verlopen. Aldus worden turbulenties nabij de uitstroomopening, en dus menging, voorkomen. Wanneer de 20 stroomsnelheden voldoende beperkt zijn zal ook geen menging, of slechts een zeer beperkte mate van menging, optreden daar waar de toegevoerde vloeistof pluimvormig in de voorraadhouder stroomt. Een constructie met uitstroomopeningen in de toevoerbuis is eenvoudig te realiseren en heeft als voordeel dat de toevoerbuis eenzijdig de ruimte beperkt voor het evenwijdig aan de toevoerbuis laten stromen van de 25 ingebrachte vloeistof. Daartoe kan de toevoerbuis doorlopen tot voorbij de uitstroomopeningen maar dit doorlopende deel dient te zijn afgesloten om slechts een uitstroming via de beoogde uitstroomopening te realiseren. De cilindermantelvormige constructie van het plaatorgaan is constructief zeer eenvoudig en wanneer deze cilindermantel concentrisch rond de toevoerbuis wordt geplaatst zal er ook een min of 30 meer gelijkmatige verdeling van de toegevoerde vloeistof plaatsvinden rond de gehele buis. Om een verdere gelijkmatige verdeling van de stroming van toegevoerde vloeistof te bevorderen kunnen over een dwarsdoorsnede meerdere openingen in de toevoerbuis 10135S0 -4- worden aangebracht en/of kunnen deze sleufVormig worden uitgevoerd. Een dergelijke constructie heeft bovendien als voordeel dat deze slechts weinig uitkraagt van de toevoerbuis.

5 In een andere voorkeursuitvoering van de toevoerinrichting omvat deze een tweetal evenwijdige aangrenzende plaatorganen waarbij de tussen de plaatorganen ingesloten ruimte aansluit op de uitstroomopening van de toevoerbuis. Deze plaatorganen worden bij voorkeur gevormd door in hoofdzaak vlakke platen. Overeenkomstig deze voorkeursuitvoering kan het geopende uiteinde van de toevoerbuis als uitstroomopening 10 worden gebruikt. Dit maakt verdere bewerkingen aan de toevoerbuis overbodig. De plaatorganen kragen evenwijdig aan elkaar een- of tweezijdig uit ten opzichte van de hartlijn van de toevoerbuis. Deze voorkeursuitvoering is nog eenvoudiger te vervaardigen dan de bovengaand beschreven constructie en is daarom zeer voordelig te vervaardigen. Voor een goede aansluiting van de vlakke platen op de uitstroomopening 15 zijn deze bij voorkeur voorzien van een komvormige ruimte voor het opnemen van tenminste een deel van de toevoerbuis. Aldus kunnen zij over enige lengte aansluiting vinden op de toevoerbuis zodat ook wanneer de toegevoerde vloeistof vanuit de toevoeropening min of meer evenwijdig aan de toevoerbuis terugstroomt in tegengestelde richting aan de toevoerrichting de aldus gecreëerde stroming nog enige 20 tijd wordt geleid door de vlakke platen.

De uitvinding verschaft bovendien een vloeistofhouder voorzien van een dergelijke toevoerinrichting waarbij de toevoerbuis zodanig in de vloeistofhouder is bevestigd dat de uitstroomopening onder het vloeistofoppervlak is gelegen. Bij voorkeur is de 25 uitstroomopening van de toevoerbuis op ongeveer driekwart van de werkzame hoogte van de vloeistofhouder gelegen. Met een dergelijke vloeistofhouder kunnen in het bijzonder bij zonneboilers de voordelen zoals bovengaand beschreven worden gerealiseerd. Simulaties met een vloeistofhouder volgens de uitvinding geven in het bijzonder gunstige resultaten wanneer de toevoerbuis zich in de bovenste helft bevindt 30 van de vloeistof in de vloeistofhouder. Zoals eveneens reeds bovengaand vermeld kan de toevoerinrichting op eenvoudige wijze zo worden aangepast dat deze ook kan worden 1013580 I , -5- toegepast als ontluchting. Daartoe dient de toevoerinrichting dan wel zo in de vloeistofhouder te zijn bevestigd dat deze door het vloeistofoppervlak steekt.

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in 5 navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: figuren la-d schematische weergaven op uiteenlopende patronen van intrusiestroming bij wisselende omstandigheden, figuur 2 een schematisch driedimensionaal aanzicht op een vloeistofhouder voorzien van een toevoerinrichting overeenkomstig de uitvinding, 10 figuur 3 een dwarsdoorsnede door een deel van toevoerinrichting getoond in figuur 2, en figuren 4a en 4b perspectivische aanzichten op twee varianten van toevoerinrichtingen overeenkomstig de uitvinding.

Figuur la toont een schematische weergave van middels een plaat 1 gestabiliseerde 15 intrusiestroming middels een pluim 2. In de in deze figuur weergegeven situatie is de door een toevoerbuis 3 toegevoerde vloeistof 4 veel warmer dan de vloeistof 5 welke zich in een voorraadhouder 6 bevindt ter hoogte van de toevoerbuis 3. Dientengevolge zal de toegevoerde vloeistof 4 wanneer deze uit de toevoerbuis 3 stroomt in opwaartse richting tussen de plaat 1 en de wand van de voorraadhouder 6 stromen. Aldus ontstaat 20 een opwaartse stroming 7 evenwijdig aan de wand van de voorraadhouder 6 welke bij voorkeur zoveel mogelijk een laminaire stroming benadert. Wanneer de opwaarts stromende vloeistof 7 een hoogte bereikt waarop de temperatuur van de toegevoerde vloeistof 4 min of meer overeenkomt met de temperatuur van de vloeistof 5 in de voorraadhouder 6 zal zich een pluim 2 vormen welke zorgdraagt voor de gewenste 25 intrusiestroming. De constructie zoals weergegeven in deze figuur wordt ook wel aangeduid als inlaatdiffusor 8.

Figuur lb toont de inlaatdiffusor 8 uit figuur la in een toestand waarin de toegevoerde vloeistof 4 weliswaar warmer is dan de vloeistof 5 in een voorraadhouder 6 ter hoogte 30 van de toevoerbuis 3 maar dit temperatuurverschil is minder groot dan de in figuur la weergegeven situatie. Het verschil met figuur la is dat de toegevoerde vloeistof 4 middels een gedeeltelijk opwaartse stroming 9 en een gedeeltelijk neerwaartse stroming 1013580 -6- 10 door de plaat 1 wordt gestabiliseerd. De pluim 2 bevindt zich in deze situatie dan ook op kortere afstand van de toevoerbuis 3 dan in de figuur la weergegeven situatie.

Figuur lc toont de inlaatdiffusor 8 in een toestand waarin de toegevoerde vloeistof 4 5 aanzienlijk kouder is dan de vloeistof 5 in de voorraadhouder 6 ter hoogte van de toevoerbuis 3. Het gevolg hiervan is dat de toegevoerde vloeistof 4 door de plaat 1 wordt gestabiliseerd tot een neerwaartse stroming 11. De pluim 2 vormt zich op enige afstand beneden de plaat 1.

10 Figuur ld toont de inlaatdiffusor 8 wederom in een toestand waarin de toegevoerde vloeistof 4 kouder is dan de vloeistof 5 in de voorraadhouder 6 ter hoogte van de toevoerbuis 3. In de situatie weergegeven in figuur ld is dit temperatuurverschil echter kleiner dan in de figuur lc weergegeven situatie. Het verschil tussen de situaties weergegeven in de figuren lc en ld kan worden vergeleken met het verschil tussen de 15 situaties weergegeven in de figuren la en lb. De pluim 2 in de situatie weergegeven in figuur 1 d bevindt zich weliswaar onder het niveau van de plaat 1 maar de afstand tussen beiden is minder groot dan in de in figuur lc weergegeven situatie vanwege het geringere temperatuurverschil.

20 Figuur 2 toont een driedimensionaal schematisch aanzicht op een voorraadhouder 12 waarin een toevoerinrichting 13 is gestoken overeenkomstig de uitvinding. Middels een toevoerbuis 14 aangevoerde vloeistof treedt ter hoogte van de cilindermantelvormige stabilisatieplaat 15 uit de toevoerbuis 14. De uittredende vloeistof wordt tussen de toevoerbuis 14 en de stabilisatieplaat 15 gestabiliseerd om zoals aangeduid in de figuren 25 la-ld in de voorraadhouder 12 te stromen. De constructie van de toevoerinrichting 13 zal verder worden verduidelijkt aan de hand van figuur 3. De voorraadhouder 12 is voorts voorzien van een afvoerpijp 16 waardoor vloeistof uit de voorraadhouder 12 kan worden verwijderd. Een toevoer middels de toevoerbuis 14 en afvoer middels een afvoeipijp zoals weergegeven in deze figuur is bijvoorbeeld denkbaar wanneer deze 30 constructie deel uitmaakt van een inrichting voor het winnen van zonne-energie.

1013580 -7-

Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede door de toevoerinrichting 13 waarin uitsparingen 17, 18 zichtbaar zijn die zijn aangebracht in de mantel van de toevoerbuis 14. De cilindermantelvormige stabilisatieplaat 15 is onder tussenkomst van een tussenschot 19 gekoppeld aan de toevoerbuis 14. Aldus is er een spieetvormige opening 20 gecreëerd 5 tussen de toevoerbuis 14 en de cilindermantelvormige stabilisatieplaat 15. Voor de werking van de toevoerinrichting 13 wordt verwezen naar de figuren la-d.

Figuur 4a toont een toevoerinrichting 21 voorzien van toevoerbuis 22 op het uiteinde waarvan twee evenwijdige platen 23,24 aansluiten. De platen 23,24 zijn voorzien van 10 komvormige delen 25 die een goede aansluiting van de platen 23,24 op de toevoerbuis 22 mogelijk maken. Het geopende uiteinde van de toevoerbuis 22 (niet zichtbaar) staat in verbinding met de spieetvormige ruimte 26 tussen de platen 23, 24 waarvan de werking kan worden vergeleken met de werking van de spieetvormige ruimte tussen de in figuren la-d tussen de voorraadhouder en de plaat 1.

15

Figuur 4b tenslotte toont een toevoerinrichting 27 met een enkele plaat 28 die rond het geopende uiteinde van de toevoerbuis 22 is gevouwen zodanig dat zich ook hier een spieetvormige ruimte 29 vormt.

20 Alhoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van slechts enkele uitvoeringsvoorbeelden zal het eenieder duidelijk zijn dat de uitvinding geenszins tot de beschreven en getoonde uitvoeringsvoorbeelden is beperkt. Integendeel zijn binnen het kader van de uitvinding voor een vakman nog vele variaties mogelijk.

25 1013580

Claims (13)

1. Toevoerinrichting voor het middels intrusiestroming op een variabele hoogte toevoeren van vloeistof, omvattende: 5 -een toevoerbuis met tenminste één uitstroomopening, en -tenminste één aan de uitstroomopening van de toevoerbuis grenzend plaatorgaan zodanig dat nabij de uitstoomopening van de toevoerbuis een spieetvormige ruimte is gelegen waardoor de uit de toevoerbuis tredende vloeistof stroomt.

2. Toevoerinrichting volgens conclusie 1, waarbij het aan uitstoomopening van de toevoerbuis grenzend plaatorgaan zich in hoofdzaak evenwijdig aan de hartlijn van de toevoerbuis uitstrekt.

3. Toevoerinrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de uitstroomopening in de 15 mantel van de toevoerbuis is aangebracht.

4. Toevoerinrichting volgens conclusie 3, waarbij een van de van de uitstroomopening afgerichte delen van de toevoerbuis is afgesloten.

5. Toevoerinrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het plaatorgaan is gekromd en tenminste voor een deel op enige afstand van de toevoerbuis en rond de toevoerbuis is gelegen.

6. Toevoerinrichting volgens conclusie 5, waarbij het plaatorgaan een 25 cilindermantel vormt met een grotere diameter dan de buisdiameter.

7. Toevoerinrichting volgens conclusie 6, waarbij het plaatorgaan concentrisch rond de toevoerbuis is geplaatst.

8. Toevoerinrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de toevoerinrichting een tweetal evenwijdige aangrenzende plaatorganen omvat waarbij de 1013580 • I -9- tussen de plaatorganen ingesloten ruimte aansluit op de uitstroomopening van de toevoerbuis.

9. Toevoerinrichting volgens conclusie 8, waarbij de plaatorganen in hoofdzaak 5 vlakke platen zijn.

10. Toevoerinrichting volgens conclusie 9, waarbij tenminste één van de vlakke platen een komvormige ruimte omvat voor het opnemen van tenminste een deel van de toevoerbuis. 10

11. Toevoerinrichting volgens een der conclusie 8-10, waarbij het tweetal evenwijdige plaatdelen een geopend uiteinde van de toevoerbuis omgeeft.

12. Vloeistofhouder voorzien van een toevoerinrichting volgens een der voorgaande 15 conclusies, waarbij de toevoerbuis zodanig in de vloeistofhouder is bevestigd dat de uitstroomopening onder het vloeistofoppervlak is gelegen.

13. Vloeistofhouder volgens conclusie 12, waarbij de uitstroomopening van de toevoerbuis op ongeveer driekwart van de werkzame hoogte van de vloeistofhouder is 20 gelegen. 1013580