NL1020935C2 - Verwarming voor vloeistof. - Google Patents

Description

Verwarming voor vloeistof

De uitvinding betreft een gesloten inrichting voor het verwarmen van een vloeistof, in het bijzonder water, en omvat een warmteopwekker of verwarmingsketel, verbrandingsmotor 5 van een warmte-krachtkoppelingseenheid, brandstofcellen, warmtepompen of zonnepanelen, waarmee warmte toegevoerd wordt aan de in de kringloop circulerende vloeistof.

Anderszijds zijn in de vloeistofkringloop radiatoren en/of convenctoren en/of warmtewisselaars op genomen door middel waarvan warmte wordt afgegeven aan te verwarmen ruimten.

10 Inrichtingen van deze soort omvatten een expansie- of vloeistofreservoir of bufferruimte, waarin het extra volume aan vloeistof wordt opgenomen, dat door uitzetting ten gevolge van het verwannen van de vloeistof ontstaat. Bij afkoeling van de vloeistof in de vloeistofkringloop wordt weer vloeistof vanuit het reservoir of bufferruimte teruggebracht in de kringloop, om de volumevermindering door deze afkoeling te compenseren.

15 Wanneer de druk in het expansie- of vloeistofreservoir of -bufferruimte nagenoeg gelijk is aan de vloeistofkringloop, kan dit uitwisselen zonder hulpmiddelen plaatsvinden.

Wanneer de druk in de vloeistofkringloop hoger is, kan voor het uitwisselen gebruik worden gemaakt van een pompeenheid met ontlastventiel. Ook kan een voomoemde volumeverandering worden gecompenseerd door een gaskussen, welke door middel van een 20 compressor met ontlastventiel. Door het wijzigen van dit gasvolume in tegengestelde beweging aan de vloeistofverandering, kan de druk in de vloeistofkringloop stabiel gehouden worden.

Verwarmingsinrichtingen van deze soort zijn onder meer beschreven in de internationale octrooiaanvrage PCT/NL95/00034 en de Nederlandse octrooiaanvrage 25 1016219. Uiteraard is de uitvinding toepasbaar voor expansievoorzieningen in koelsystemen.

De huidige aanvrage spitst zich toe op het in stand houden van een inert gas in een expansie-vloeistofreservoir of bufiferruimte, waarbij een stabiele druk van groot belang is.

Vooral bij de grotere vloeistofreservoirs en bufferruimten, ontstaan door geringe drukverschillen geweldige krachten op de constructies.

30 Het betreft hier dan vaak vloeistofreservoirs of bufferruimten van meer dan honderdduizend liter inhoud. Het is bekend dat gewerkt wordt met geringe drukverschillen tussen 0 en 50 mbar ten opzichte van de atmosfeer. Ter voorkoming van corrosie aan de constructie door zuurstof uit de atmosfeer, wordt de vloeistof van de atmosfeer gescheiden door een membraan of inert gas. Zoals eerder aangegeven, betreft deze aanvrage de toepassing met 35 een inert gas.

1090035 2

De aanvrage betreft een inrichting, waarbij door middel van een stikstofgenerator een kussen van stikstof als inert gas, in stand gehouden kan worden als afsluitmiddel tussen de vloeistof en de atmosfeer. Van groot belang hierbij is de combinatie en uitvoeringsvorm, de bijzondere maatregelen waarmee de drukgrenzen binnen veilige waarden worden gehouden.

5 Gebleken is dat de goede werking van de elektrische- en mechanische ventielen en overige installatiedelen, welke nodig zijn om de druk van het gaskussen constant te kunnen houden binnen veilige waarden, nadelig wordt beïnvloed door de hoge vochtigheidsgraad van het gaskussen. Dit wordt veroorzaakt door de hoge temperatuur van de vloeistof in zo’n reservoir of bufïerruimte. Het is voorgekomen dat alle ventielen (normaal en veiligheid) niet 10 meer functioneerden als gevolg van condens. In enkele gevallen waren de ventielen, welke in de buitenlucht warden gemonteerd, zelfs vastgevroren. De gevolgen hiervan waren, door overschrijding van de toelaatbare drukwaarden, desastreus. De enorme reservoirs of bufferruimten im- of explodeerden.

De uitvinding betreft een dergelijke stikstofinstallatie, waarbij de over- of onderdruk wordt 15 begrensd door een hydraulische klep 5, zoals deze is weergegeven in figuur 1.

Met behulp van deze hydraulische klep 5 wordt het gas uit het gaskussen afgeblazen, op het moment dat de druk in de installatie te hoog dreigt te worden. Op soortgelijke wijze kan in geval van nood, zoals het falen van de normale stikstoftoevoer, buitenlucht worden ingenomen via de hydraulische klep 5.

20 Als afsluitmiddel wordt in principe gebruik gemaakt van condenswater, dat in overvloed wordt meegevoerd met het gas. Waar dit verschijnsel bij de bekende installaties een groot gevaar vormde, is condenswater nu een welkom. Immers, zolang condenswater in overvloed mee wordt gevoerd, blijft de afsluiting in hydraulische klep 5 gegarandeerd.

Wanneer hydraulische klep 5 wordt aangesproken en, als gevolg van een over- of onderdruk 25 gas moet doorlaten, wordt de vloeistof in speciale reservoirs opgeslagen, om de afsluiting daarna weer mogelijk te maken.

Figuur 1 Toont schematisch een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding. Figuur 2, 3 en 4 Tonen verschillende standen van de hydraulische klep 5.

30 Figuur 5 Toont schematisch een vereenvoudigde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding. Figuur 6 Toont een uitvoeringsvorm van de hydraulische klep.

In de schematische figuur 1 is slechts het gedeelte van een verwarmingsinrichting weergegeven van een warmtebuffertank 1, waarin opgenomen expansie vloeistofruimte.

i n o nn o c 3

Boven in deze ruimte bevindt zich een kussen bestaande uit een inert gas, in dit geval stikstof, waarmee de vloeistof van de atmosfeer buiten de installatie is afgesloten.

Hiermee wordt voorkomen dat met zuurstof uit de atmosfeer een corrosieproces op gang komt in de installatie. Via een geïsoleerde verbindingsleiding 11, wordt dit gaskussen boven 5 in de warmtebuffertank 1 in stand gehouden, doordat bij een lage druk in de warmtebuffertank 1, als gevolg van afkoeling van de daarin aanwezige vloeistof, stikstof wordt toegevoerd vanuit het stikstofvoorraadvat 2, terwijl bij een hoge druk in de warmtebuffertank 1, als gevolg van verwannen van de daarin aanwezige vloeistof, stikstof wordt teruggevoerd naar het stikstofvoorraadvat 2.

10 Om dit proces goed te laten verlopen, is de uitvinding als volgt ingericht De warme gassen worden vanuit de warmtebuffertank 1 na de geïsoleerde verbindingsleiding 11 eerst afgekoeld in koeler 10. In figuur 1 is gekozen voor een luchtkoeler, maar ook andere uitvoeringsvormen zoals een tegenstroom waterkoeler is hier denkbaar. De in het warme gas aanwezige waterdamp zal na de koeler gaan condenseren. Dit condens wordt opgevangen in 15 de hydraulische klep 5. Een overschot aan condens wordt afgevoerd via overloop 9.

De noodzakelijke minimum waterstand in de hydraulische klep 5 kan door middel van een suppletieklep 7 worden gecorrigeerd vanaf externe bron (bijvoorbeeld het drinkwaterleidingnet), welke bijvoorbeeld wordt aangestuurd vanaf een vlotterschakelaar 8. Ook is een rechtstreeks op een externe bron aangesloten vlotterventiel toe te passen, zoals 20 deze onder meer wordt toegepast in een reservoir van een toilet. De werking van de hydraulische klep is weergegeven in de figuren 2,3 en 4. Bij een normale werkingdruk zal de vloeistofstand ongeveer gelijk zijn aan de standen in figuur 3. Met een druk van ongeveer 25 a 30 millibar blijft de vloeistof keurig in de buis, en is de installatie afgesloten van de atmosfeer (buitenlucht). Een evenwicht is ontstaan door de luchtdruk in de atmosfeer 25 vermeerderd met de vloeistofhoogte ten opzichte van de vloeistofhoogte aan de installatiezijde vermeerderd met de gasdruk in deze installatie.

Wanneer de druk in de installatie te hoog wordt, zal dit evenwicht worden verstoord volgens figuur 2, waar is te zien hoe het vloeistofpijl aan de installatiezijde zakt tot onder de bocht, en gas vanuit de installatie kan worden afgevoerd naar de atmosfeer. Omgekeerd kan bij een 30 te lage druk in de installatie buitenlucht worden ingenomen, doordat het vloeistofpijl in het open pijpeind is gedaald tot onder de bocht, zoals is weergegeven in figuur 4.

Doordat de vloeistof uit het pijpgedeelte met de bocht telkens wordt opgevangen in de reservoirs aan weerszijde van de pijp, blijft er voldoende vloeistof aanwezig om de hydraulische klep af te sluiten in de evenwichtstoestand van figuur 2.

ffi O ΟΛ p 4

In figuur 1 is vervolgens de compressor 3 weergegeven, waarmee de stikstof met een lagere druk vanuit de warmtebuffertank 1, via de geïsoleerde verbindingdleiding 11, de koeler 10, de hydraulische klep 5, driewegklep 16, wordt aangezogen en via een terugslagklep 21met daarna de gasanalyser 12, via driewegklep 13 en via aansluitleiding 26 naar het 5 stikstofvoorraadvat 2, waarin een hogere druk kan heersen, kan worden getransporteerd.

In de omgekeerde richting kan met behulp van klep 14 stikstof worden doorgelaten vanaf het stikstofvoorraadvat 2 via leiding 26, de hydraulische klep 5, de koeler 10 en de geïsoleerde verbindingsleiding 11 naar de warmtebuffertank 1. Door het drukverschil zijn hier geen nadere hulpmiddelen nodig.

10 Met behulp van een gasanalyse 12 wordt telkens het uit de warmtebuffertank 1 teruggeleide gas op de aanwezigheid van zuurstof gecontroleerd. Wanneer het zuurstofpercentage te hoog is, kan vanuit de centrale besturingseenheid 20 worden ingegrepen, en de driewegklep 13 zo worden gepositioneerd, dat het door de compressor 3 teruggeperste stikstof door de stikstofgenerator 4 wordt geleid via verbindingsleiding 27 naar het stikstofvoorraadvat 2.

15 Aan weerszijde van de stikstofgenerator 4 zijn drukregelventielen 22 en 24 aangebracht, om de ideale doorstroming, nodig voor een optimale stikstofopbrengst, te waarborgen.

Via afblaas 25 worden de uitgefilterde gassen afgeblazen. Een terugslagklep 23 moet voorkomen, dat stikstof vanuit het stikstofvoorraadvat 2 kan terugtreden naar de stikstofgenerator.

20 In het stikstofvoorraadvat 2 dient een minimale druk aanwezig te zijn, welke wordt gemeten met drukschakelaar 28 (of sensor). In geval er sprake is van een tekort aan stikstof in het gesloten circuit van de installatie, zal de centrale besturingseenheid 20 driewegklep 16 in de positie stellen, waarbij buitenlucht via filter 6 wordt aangezogen door compressor 3.

Deze buitenlucht wordt voor deze kan worden toegevoegd aan het gas in het gesloten circuit 25 van de installatie, eerste door de stikstofgenerator 4 geleid, zoals hiervoor beschreven.

De centrale besturingseenheid 20 opereert hiervoor naast de eerder genoemde gasanalyser 12, met een druksensor 15, waarmee de gasdruk in het gesloten circuit (niet het stikstofvoorraadvat 2) wordt gemeten, en een niveausensor 17, waarmee het watemiveau in het warmtebuffervat 1 wordt bewaakt. Met behulp van onder andere deze parameters kan het 30 proces worden gevoed en bewaakt.

Uiteraard zijn er meer uitvoeringsvormen denkbaar, waarbij de hydraulische klep 5 de functie van veiligheidkleppen en ontlastventielen ovemeemt. In figuur 5 is een zeer eenvoudige uitvoeringsvorm weergegeven, waarbij een combinatie van een compressor 3 met een stikstofgenerator 4 de stikstofdruk in de gesloten installatie op een minimale druk 35 houden. Het overschot aan stikstof wordt via de hydraulische klep 5 afgevoerd.

inonoor 5

Er wordt geen gebruik gemaakt van een stikstofbuffervat, waardoor voomoemde combinatie voldoende stikstof moet produceren, om het aikoelingsproces te kunnen volgen.

In deze zeer eenvoudige opzet zou zelfs zonder besturing kunnen worden gewerkt.

Slechts een drukschakelaar 29 gemonteerd op de hydraulische klep 5 in het gesloten systeem 5 volstaat dan, om de compressor te starten bij een te lage gasdruk. De hydraulische klep 5 regelt de afblaas en veiligheden.

Combinaties van de in de figuren beschreven systemen/uitvoeringsvormen zijn mogelijk.

Andere uitvoeringsvormen van een lagedruk met gasgevulde installatie, waarbij de 10 hydraulische klep als regel en veiligheidsklep dienst doet, zijn uiteraard denkbaar, maar niet weergegeven.

In figuur 6 is een uitvoeringsvorm van de hydraulische klep als kast weergegeven.

De werking is gelijk aan die van de andere figuren.

f n o rm q c

Claims (15)

1. Installatie voor het aanbrengen van laag inert gas 5 en het daarmee bedekken van een volume in een ruimte, zoals een opslag van water, om te beschermen tegen een schadelijke inwerking door of een reactie met bijvoorbeeld een ander gas, zoals zuurstof, welke installatie omvat: - de in hoofdzaak gesloten ruimte; 10. een bron van inert gas; - een leiding tussen de bron en de ruimte voor toe- en afvoer van het inert gas; en - een klep in de leiding, waarbij de klep is ingericht om direct, zonder tussen komst 15 van een besturing, in reactie op een drukverschil tussen de druk in de ruimte en in de omgeving daarvan inert gas te laten ontsnappen of omgevingslucht in de leiding toe te laten.

2. Installatie volgens conclusie 1, waarbij de klep 20 mechanisch is, of althans op een mechanische werking is gebaseerd.

3. Installatie volgens conclusie 1 of 2, waarbij de klep een met vloeistof gevulde houder omvat, waardoorheen inert gas en omgevingslucht door of langs de vloeistof kan 25 ontsnappen uit, resp. binnenstromen in de installatie.

4. Installatie volgens conclusie 3, waarbij de houder hol en ü-vormig is en de benen van de U-vorm opwaarts georiënteerd zijn.

5. Installatie volgens conclusie 4, waarbij de 30 leiding voor enerzijds aansluiting op de ruimte en anderzijds naar de bron van inert gas op één been van de U-vorm is aangesloten en het andere been in open verbinding staat met de omgeving, me daartussen de vloeistof. 1 020935

6. Installatie volgens conclusie 4 of 5, waarbij de benen elk in opwaartse richting uitlopen in een kamer of verbreding voor opvang van onder invloed van een heersend drukverschil weggedrukte vloeistof.

7. Installatie volgens ten minste één van de conclusies 3-6, waarbij de houder een suppletietoevoer van additionele vloeistof omvat, voor selectieve suppletie daarvan.

8. Installatie volgens ten minste één van de 10 conclusies 3-7, waarbij de vloeistof water is.

9. Installatie volgens conclusie 8, waarbij de suppletietoevoer een koeler omvat in het deel van de leiding, dat is aangesloten op de ruimte.

10. Installatie volgens ten minste één van de 15 voorgaande conclusies, verder omvattende een voorraadvat, waarbij de bron van inert gas is aangesloten op het voorraadvat voor opslag van inert gas tot een geselecteerd moment van gebruik daarvan.

11. Installatie volgens ten minste één van de 20 voorgaande conclusies, waarbij de bron is ingericht om inert gas uit een andere stroom gas, bijvoorbeeld met omgevingslucht, te verkrijgen.

12. Installatie volgens conclusies 10 en 11, waarbij de bron door middel van een van de leiding afzonderlijke 25 aansluiting met het voorraadvat is verbonden via een schakelklep, en de schakelklep is ingericht om bij binnenkomende omgevingslucht deze via de afzonderlijke aansluiting te voeren, zodat deze wordt onderworpen aan de werking van de bron.

13. Installatie volgens conclusie 11 of 12, waarbij de leiding meetmiddelen omvat voor bepaling van de samenstelling van uit de ruimte afkomstige gassen voor fl o na α c selectieve doorlating daarvan in de leiding van de installatie of langs een afvoer.

14. Installatie volgens conclusies 12 en 13, waarbij de bron is gekoppeld met de afvoer.

15. Systeem voor verwarming en/of koeling van ten minste een deel van een gebouw, omvattende - een leidingstelsel voor circulatie van een medium voor warmte overdracht; - warmtewisselaars in het leidingstelsel, waarlangs het 10 medium wordt gecirculeerd met het systeem in bedrijf; - een warmte- of koudebron, waar het leidingstelsel op is aangesloten; en - middelen voor opvang van expansie en/of contractie van het medium, 15 waarbij de middelen voor opvang van expansie en/of contractie een installatie volgens ten minste één van de voorgaande conclusies omvat. 1 020935 <