NL7905277A - Accumulator om warmte of koude op te slaan. - Google Patents

Description

$ * m 8076

Docmernik 3.7.

Berghem.

Accumulator om warmte of koude op te slaan.

De uitvinding heeft betrekking op een accumulator voor warmte of koude, welke is voorzien van een houder, voor het grootste gedeelte gevuld met een laag bij constante temperatuur smeltend buffermateriaal en een 5 aanzienlijk kleinere laag warmteoverdrachtvloeistof met een lager smeltpunt dan het buffermateriaal en met een s.g. dat ofwel kleiner, ofwel groter is dan zowel het vasts ais het vloeibare buffermateriaal, welke overdracht-vloeistof vrijwel niet mengbaar is met het buffermateriaal, 10 terwijl de houder is voorzien van een leiding om warmte-overdrachtvloeistof uit de genoemde kleinere laag af te voeren naar inrichtingen buiten de accumulator en van een toevoer leiding om warmtecverdrachtvloeistof terug tep voeren naar een verdeelcrgaan in de laag buffermateriaal lt en de overdrachtvloeistof vandaar omhoog of omlaag te laten stromen in rechtstreekse aanraking met het buffermateriaal.

Ben dergelijke inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrccischrift 2.995.59½. Daar wordt voorge-2G steld sen dergelijke accumulator te gebruiken ais koud reservoir voor een warmtepomp.Als buffermateriaal gebruikt men daarbij bij voorbeeld water of een eutectisch mengsel, seals een eutsctischs zoutoplossing en ais warmteeverdracht-vuoeastof een olie. Deze olie wordt na afkoeien buiten de O accumulator (bij voorbeeld in de warmtepomp) onder in ds accumulator geleid en daar versproeid. De gevormde druppel-tjss stijgen omhoog tot ze de op het buffermateriaal 7905277

X

A

2 r drijvende laag olie bereiken en wisselen onderweg warmte uit met het buffermateriaal, dat daarbij gedeeltelijk bevriest. Het octrooischrift vermeldt, dat het vaste buffermateriaal zich verzamelt nabij het scheidingsvlak 5 van de lagen en dat dit proces kan worden voorgezet tot een dikke brij van vaste stof en vloeibaar buffermateriaal is gevormd.

De opgeslagen koude kan daarna worden teruggewonnen door ditmaal de olie buiten de accumulator op 10 te warmen tot boven het smeltpunt van het buffermateriaal en de circulatie voort te zetten. Door de warmteuitwisse-ling zal nu het buffermateriaal geleidelijk smelten, terwijl de olie wordt afgekoeld.

Het Franse octrooischrift 1.360.833 beschrijft 15 een accumulator voor warmte, waarin de uitwisseling tussen het buffermateriaal en de overdrachtvloeistof plaats vindt door de overdrachtvloeistof te laten drijven op het buggermateriaal en daar in krachtige beweging te brengen met een roerder of door tangentieel inleiden van over-20 drachtvloeistof in de bovenlaag. Als buffermateriaal gebruikt men volgens dat octrooischrift bij voorkeur een gesmolten zout. Wanneer het vaste zout zwaarder is dan zijn smelt kan warmteuitwisseling op die wijze alleen in ondiepe houders plaats vinden, terwijl in alle gevallen 25 veel roerenergie nodig is.

Het Duitse octrooischrift 2.508.447 beschrijft verschillende uitvoeringen van accumulatoren, waaronder een, waarbij gesmolten buffermateriaal onder uit een houder wordt gepompt naar het boveneinde en daar in aan-30 raking gebracht met circulerende overdrachtvloeistof of -gas.

Het Duitse Auslegeschrift 1.015-019 en de Nederlandse octrooiaanvrage 76.01499 beschrijven koude-accumulatoren, waarbij de overdrachtvloeistof of zijn 35 damp wordt geleid door in het buffermateriaal gelegde 7905277 4 3 * metalen buizen, welke dienen als warmteuitwisselaar. De Nederlandse octrooiaanvrage stelt bovendien voor tijdens het smelten van het vaste buffermateriaal een pomp te gebruiken om gesmolten buffermateriaal te circuleren door 5 de spleet tussen de buizen en het vaste buffermateriaal.

Door de hoge prijs van de buizenbundels vereist een dergelijke accumulator echter grote investeringskosten.

Wanneer men proeven neemt met een accumulator zoals beschreven in het Amerikaanse octrooisehrift 10 2.996.89^, waarbij als buffermateriaal water of een eutec- tische zoutoplossing en als warmteoverdrachtvloeistcf een dunne olie worden gebruikt en de overdrachtvloeistof wordt afgekoeld in een warmteuitwisselaar buiten de eigenlijke 'accumulator, blijkt, dat regelmatig bedrijf met een der- 3-5 gelijke accumulator niet mogelijk is.

In de eerste plaats worden bij versproeien van de circulerende overdrachtvloeistof in de waterige fase steeds een aantal zeer kleine druppels gevormd, die niet coalesceren, maar in de waterige fase blijven zweven.

PO—· . ^ hierdoor neemt het volume van die waterige rass sterk toe - 5n bereikt soms de afvoer voor overdrachtvloeistof. Dan komt vloeibaar buffermateriaal in de warmteuitwisselaar en wordt daar vast, zodat de warmteuitwisselaar spoedig verstoot raakt.

Bij vervangen van de sproeier Goor sen ander 'v^ndeelorgaan, dat geen fijne druppels vormde, blijken druppels snel op te stijgen naar het scheidingsvlak 'rs.h de waterige fase en de oliefase en bij dat grensvlak wordt een brij van kristallen gevormd. Toch blijkt ook uan na enige tijd verstopping van de warmteuitwisselaar ^scr vast buffermateriaal op te treden, zodat verder "'srksn niet mogelijk is.

Onderzoek naar de oorzaak toonde hst "Saneer sen druppel olie met een temperatuur beneden het >905277 4 smeltpunt van het buffermateriaal in dat buffermateriaal wordt gevormd, neemt die druppel warmte op uit dat buffermateriaal, en tegelijk wordt daardoor een geringe hoeveelheid buffermateriaal vast en omsluit de· druppel in 5 de vorm van een dunne vaste huid. Deze huid is niet altijd geheel gesloten. De zo gevormde holle, dunwandige bolletjes van vast buffermateriaal, die gevuld zijn met overdrachtvloeistof, stijgen op in het buffermateriaal en bereiken daarbij een maximumsnelheid. Wanneer ze het 10 scheidingsvlak tussen buffermateriaal en olie bereiken behouden ze voorlopig dezelfde snelheid en stijgen daardoor vrij hoog op in de olielaag. Door hun geringe schijnbare gewicht dalen ze slechts langzaam terug naar het scheidingsvlak, temeer omdat ze daarbij vertraagd worden 15 tegen de opstijgende oliestroom. Wanneer deze in de olie zwevende bolletjes (die behalve vast buffermateriaal vaak ook nog enig vloeibaar buffermateriaal bevatten) samen met de olie naar de buiten de accumulator gelegen warmte-uitwisselaar worden gevoerd en daar verder worden afge-20 koeld zal een deel van die bolletjes zich daar vastzetten en op den duur de warmteuitwisselaar verstoppen.

Toepassen van een filter, een zeef of een gaas om deze bolletjes tegen te houden blijkt niet te helpen, want het enige resultaat is, dat dan het filter, 25 de zeef of het gaas verstopt raakt door vast buffermateriaal dat stevig aan de zeef gehecht blijkt.

Deze verschijnselen blijken op te blij vertreden, ook nadat bij het grensvlak tussen het buffermateriaal en de olie een brij van kristallen was gevormd.

30 Wel wordt een gedeelte van de bolletjes .bij het pas-seren van de grenslaag stuk gestoten, zodat ze niet in de olielaag doordringen, maar een ander gedeelte dringt onbeschadigd door de brij heen en stijgt op in de olie. Dit gebeurt ook nog, wanneer het buffermateriaal vrijwel 35 geheel bevroren is.

7905277 5

Over deze moeilijkheden is in het Amerikaanse octrooischrift en in de overige literatuur niets vermeld en nog minder over methoden om die moeilijkheden op te lossen.

5 De uitvinding verschaft nu een accumulator van het in de aanhef genoemde type, welke is gekenmerkt doordat tussen het buffermateriaal en de afvoer voor warmteoverdrachtvlceistof een of meer coalescers zijn aangebracht.

10 Coalescers zijn op zichzelf bekend; ze worden gebruikt om fijne vloeistofdruppels te vangen uit gassen of uit andere vloeistoffen, waarin die druppels zweven. Sen coalescer bestaat uit een mat, die is gebreid uit een zeer groot aantal fijne draadjes (met een dikte, 15 die veel groter kan zijn dan de te vangen druppels) die tot een ruimtelijk netwerk zijn verenigd. Het vrije oppervlak in een coalescer is gewoonlijk 95-995 van het schijnbare oppervlak. Het materiaal van de draadjes is niet kritisch voor de werking en in de praktijk gebruikt men 2C een materiaal, dat onder werkomstandigheden inert is.

. Het blijkt, dat een dergelijke coalescer in staat is, de genoemde bolletjes op te vangen zonder verstopt te raken. Toch is het gezamenlijk volume van de gevangen bolletjes vaak groter dan het volume van de cca-25 lescer zelf. vermoedelijk stoten de bolletjes stuk tegen de draadjes van de coalescer, zodat alleen het vaste buffermateriaal achterblijft in de coalescer.

Doordat nu de olie, die de buiten de accumulator gelegen warmteuitwisselaar bereikt, vrij is 30 van buffermateriaal kan hst bevriezen van het buffermateriaal ongestoord verder verlopen. Terrassenderwijze blijkt het mcgelijk het buffermateriaal voor ca. 995 te bevriezen., terwijl desondanks de stroom olie ongestoord in de vorm van druppels door de poreuze massa van buffer-35 materiaal kan opstijgen, terwijl bij het grensvlak zelfs 7905277 6 nog met vast buffermateriaal omhulde bolletjes opstijgen. Het buffermateriaal bevriest dus niet tot een massief blok, maar tot een poreuze niet samengekoekte massa, die vele kanaaltjes vertoont, door welke de olie kan opstijgen.

5 Doordat op elk moment het aantal opstijgende druppels zeer groot is, verkrijgt men een zeer groot oppervlak voor de warmteuitwisseling tussen olie en buffermateriaal. Door dit zeer grote oppervlak kan de warmteuitwisseling zeer volledig zijn, ook bij een klein tempe-10 ratuurverschil.

Wanneer het buffermateriaal geheel of gedeeltelijk bevroren is, kan men er de opgeslagen koude weer aan onttrekken (of opnieuw er warmte in opslaan) door in plaats van olie, die is afgekoeld tot onder het smeltpunt van het 15 buffermateriaal nu olie toe te voeren met een temperatuur juist boven dat smeltpunt. Daarbij wisselen de druppels olie opnieuw warmte uit, zodat vast buffermateriaal smelt en de olie wordt afgekoeld tot het genoemde smeltpunt. Zowel tijdens bevriezen van het buffermateriaal als tijdens 20 smelten ervan blijft de temperatuur van de afgevoerde olie praktisch gelijk aan -het smeltpunt van het buffermateriaal, terwijl de temperatuur van de toegevoerde olie in beide gevallen slechts weinig (bij voorbeeld 2°C) van dat smeltpunt behoeft te verschillen om toch een grote 25 hoeveelheid warmte per tijdseenheid te kunnen toevoeren of afvoeren.

Deze goede warmteoverdracht blijft behouden vanaf het begin van het bevriezen tot dat meer dan 99% van het buffermateriaal is bevroren. Pas op dat moment 30 begint de temperatuur vah de afgevoerde olie merkbaar te verschillen van het smeltpunt. Evenzo blijft tijdens smelten de temperatuur van de afgevoerde olie doorlopend nagenoeg gelijk aan het smeltpunt en die temperatuur begint pas merkbaar te verschillen nadat meer dan 99% van 35 heo buffermateriaal weer vloeibaar is. Op dat moment neemt 7905277 7 4 men sen plotselings temperatuurstijging van de olie waar.

Tijdens het smelten van de laag buffer-materiaai wordt de overdrachtvloeistof afgekoeld tot vlak boven het smeltpunt van het buffermateriaal. Het blijkt 5 echter, dat die overdrachtvloeistof dan nog juist warm genoeg is om het in de coalescer aanwezige vaste buffermateriaal te smelten, zodat dit materiaal dan in vloeibare vorm weer omlaag stroomt naar de laag buffermateriaal.

Het resultaat is dus, dat de coalescer tijdens de laad-10 ontlaadcyeli automatisch gereinigd wordt.

Bij accumulatoren voor warmte of koude is het van groot belang, dat opgeslagen koude of warmte weer uit de accumulator kan worden teruggewonnen bij praktisch dezelfde temperatuur, waarbij die koude of 15 warmte is toegeveerd omdat anders thermodynamisehe verliezen worden geleden als gevolg van degradatie. Bij de accumulatoren volgens de uitvinding wordt dit ideaal zeer dicht benaderd, dankzij het grote uitwisselings-oppervlak.

2C Ket bij constante temperatuur smeltende buffermateriaal wordt zo gekozen, dat het smeltpunt zo goed mogelijk samenvalt met de temperatuur waarbij de warmte (of de koude) beschikbaar komt. Daardoor kan dan de warmte of de koude in de accumulator worden opgeslagen 25 bij dezelfde temperatuur en wanneer later die warmte of koude of een gedeelte daarvan weer nodig is, dan kan die warmte of koude bij nagenoeg dezelfde temperatuur weer aan de accumulator werden onttrokken.

Voorbeelden van bij constante temperatuur 31 smeltende materialen zijn enkelvoudige stoffen, waarvan water een veel gebruikt voorbeeld is. Ook andere enkelvoudige stoffen kunnen echter worden toegepast.

Vannser de opslagtemperatuur verschilt van :cf zal men echter veelal nagaan of het mogelijk is een 35 mengsel van '/rater en een of meer zouten te gebruiken, 7905277 t * 8 dat bij constante temperatuur smelt. Dergelijke mengsels worden aangeduid als eutectische mengsels. Voorbeelden van eutectische mengsels met de bijbehorende eutectische temperaturen zijn de volgende waterige oplossingen: 5

Concentratie Tg °C

MgS04.7 H20 64 - 5,2 KC1 24,6 - 10,7 10 NHjjCl 22,9 - 15,8

NaCl 30,7 - 21,2

NaBr 67 - 28

MgCl2.6H20 84 - 33,6

CaCl2.6H20 143 - 55

15 Voorbeelden van boven 0°C smeltende eutectische mengsels zijn: Tg °C

Na3P04.12H20 66

NaOH.H20 64

NaC2H302·3H20 58 20 Na2S203.5H2O ’ 48 .

Ca(N03)2-4H20 47

PeCl3.6H20 36

Na2C03.12H20 36

Na2C03.10H20 34 25 Na2S04.10H20 32

Voor hogere temperaturen zal men veelal mengsels van zduten gebruiken met eutectische samenstelling en met het gewenste smeltpunt. In alle gevallen is het gunstig 30 wanneer het gebruikte buffermateriaal een grote smelt-, warmte heeft en een niet te klein soortelijk gewicht, omdat dan een grote hoeveelheid warmte of koude kan worden opgeslagen in een gegeven volume.

De overdrachtvloeistof moet bij de werk-35 temperatuur vloeibaar zijn en bij voorkeur dient die 7905277 * 9 * vloeistof vloeibaar te zijn bij alle in de praktijk tijdens gebruik van de accumulator voorkomende temperaturen'. Yoor een warmteaccumulator, waarbij die temperaturen beven kamertemperatuur liggen, dient de overdracht-5 vloeistof bij voorkeur ook bij kamertemperatuur vloei baar te blijven omdat anders de accumulator moeilijk te starten is. Verder dient de overdrachtvloeistof een voldoend lage dampdruk te hebben om bij alle optredende werktemperaturen verliezen door verdampen en eventueel 10 brandgevaar te beperken.

In zeer veie gevallen is een geschikte aardoliefractie te vinden'welke aan de gewenste eisen voldoet en welke inert is ten opzichte van het buffer-mat eriaal. Ook andere inerte vloeistoffen zijn in be-15 gir.sel bruikbaar.

In de meeste gevallen zal men een overdrachtvloeistof kiezer, met een soortelijk gewicht, dat kleiner is dan zowel het vaste als het vloeibare buffermateriaal* maar het is eveneens mogelijk een overdrachtvloeistof te 20 gebruiken, die zwaarder is dan zowel het vaste als het vloeibare buffermateriaal. Steeds echter moet de overdracht vloeistof voldoende dun vloeibaar zijn om bij de werktemperatuur gemakkelijk te worden verpompt en ge-makkelijk door de coalescer te kunnen stromen.

25 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de onderstaande voorbeelden.

Hoewel in die voorbeelden de uitvinding is tcegelicht aan de hand van uitvoeringsvormen, waarbij warmte wordt opgeslagen bij temperaturen beneden kamer-30 temperatuur, zal duidelijk zijn, dat men cp geheel analoge wijze de uitvinding kan tcepassen om warmte op te slaan bij verhoogds temperatuur, mits de aard van het buffermateriaal en de overdrachtvloeistof worden aangepast aan de gewenste cpslagcemperatuur.

35 wanneer een overdrachtvloeistof wordt ge- 7905277 10 i r bruikt, die zwaarder is dan het buffermateriaal, dan dienen natuurlijk de toevoer- en afvoerleidingen en de verdeelorganen te worden aangepast aan de nieuwe situatie, maar dat zal voor de vakman geen problemen meebrengen.

5 In het algemeen zullen het vaste buffer- materiaal en het vloeibare buffermateriaal een verschillend soortelijk gewicht hebben, zodat zowel bij bevriezen als bij ontdooien een volumeverandering van het buffermateriaal optreedt. Bij het ontwerp moet met deze 10 volume-verandering rekening worden gehouden, zodat het niet kan voorkomen, dat het scheidingsvlak van buffermateriaal en overdrachtvloeistof het niveau.van de afvoer voor overdrachtvloeistof bereikt. Gewoonlijk moet daarom voor de overdrachtvloeistof een volume worden gereserveerd, 15 dat 15-20% van het volume van het buffermateriaal bedraagt, tawijl bovenin ook voldoende lege ruimte aanwezig moet zijn om overlopen te voorkomen. Dit probleem is bijzonder duidelijk wanneer het buffermateriaal water is, want het gevormde ijs neemt 11¾ meer ruimte in dan het water, 20 waaruit het is gevormd. Bij de eutectische mengsels is dit verschil meestal kleiner.

Verder moet voorkomen worden, dat het niveau van het buffermateriaal zover stijgt, dat het de coalescer bereikt.

25 Pig. 1 toont de toepassing van een koude- accumulator, die is opgenomen in een koelsysteem voor een koelhuis, waarbij overdag doorlopend vlees van pas geslachte dieren in de koelruimten wordt gebracht.

Voor het afkoelen van dit vlees en voor 30 compensatie van warmteverliezen door openen van de toegang is dan overdag toevoer van een grote hoeveelheid koude nodig, 's Avonds blijken de toegangen gesloten en wanneer eenmaal het aanwezige vlees geheel is afgekoeld, is verder nog slechts een geringe toevoer van koude 35 nodig om de geringe verliezen te compenseren. Er is dus 7905277 * 11 » een groot compressonvermogen nodig om de grote koudetoevoer overdag te kunnen leveren, maar 's nachts is die niet nodig en de compressors werken dus slechts ca. 8 uur per dag.

Bij toepassen van een accumulator met vol-5 doende capaciteit en met een opsiagtemperatuur, die ongeveer gelijk is aan die van het in het koelhuis circulerende koelmiddei is het mogelijk, deze accu 's nachts te bevriezen, zodat de compressors dan dag en nacht werken, en overdag die koude weer uit de accumulator af te voeren 10 en te gebruiken in het koelhuis. Overdag leveren de compressors dus een gedeelte van de nodige koude en de accumulator levert de rest van die koude. Men kan dan volstaan met een compressorcapaciteit, welke slechts ca.

1/3 is van de benodigde capaciteit zonder accumulator.

15 Zelfs is het mogelijk, overdag de compressors in het geheel niet te gebruiken. Daartoe behoeft men dan slechts de accumulator groter te kiezen.

Fig. 1 toont een compressor 1 voor een koelmedium, zoals ammoniak, koelers 3 enz. voor de samen-2C geperste ammoniak en een scheidingsvat 2, x^aar de vloeibaar gewerden ammoniak wordt gescheiden van de gasvormig geblevene. De gasvormig gebleven ammoniak wordt teruggevoerd naar de compressor 1 door de aangegeven leidingen.

Vanuit het scheidingsvat 2 x^ordt vloeibare ammoniak via 25 klep 5 gevoerd naar de koelcellen 7, waar de ammoniak verdampt, zijn kouds afgeeft en terugstroomt naar het scheidingsvat 2 en verder naar de compressor.

’.vanneer de compressor een grotere capaciteit heeft dan nodig is om alle benodigde kouds te leveren zal 30 de hoeveelheid vloeibare ammoniak in afscheider 2 toenemen en de druk daar xvordt kleiner. Door een drukgevoelig orgaan wordt dan de accumulator cmgeschakeld op bevriezen.

De accumulator in fig. 1 bestaat uit een-vat, dat is voorzien van een (niet getekende) laag isolatie-35 materiaal. In het vat bevindt zich een laag tuffermateriaal, 7905277 • 12 in dit geval een eutectische zoutoplossing, aangegeven door 15· Boven dit buffermateriaal bevindt zich een laag 16, bestaande uit een aardoliefractie, bij voorbeeld kerosine. Het vat 14 is bovenaan afgesloten door een plaat 5 17 met een grote ronde excentrische opening. Om die opening is een kraag 22 aangebracht, die is voorzien van een reeks regelmatig verdeelde openingen 22, terwijl tussen de kraag en de wand van het vat 14' een ringvormige goot openblijft. Deze plaat is in fig. 2 in bovenaanzicht getoond. De be-10 doeling van de kraag is, de overdrachtvloeistof af te voeren zonder wervelingen ondanks variërend vloeistofniveau. In de opening binnen de kraag is de coalescer 17 aangebracht, welke de opening geheel afsluit.

Juist boven de plaat 21 is een zijbuis 24 15 aangebracht, welke de eigenlijke accumulator verbindt met een op zichzelf bekende warmteuitwisselaar 18, waar de overdrachtvloeistof zijn warmte of koude kan afgeven aan het koelmedium, in dit geval ammoniak. Deze warmteuitwisselaar bestaat in het getekende geval uit een vallende 20 filmverdamper, waarin de overdrachtvloeistof stroomt langs de buitenwand van een bundel verticale buizen en daarna door buis 25 en pomp 19 terug naar de accumulator. De kop van de warmteuitwisselaar 18 is weergegeven in fig.

3. Vanuit een sproeier 26 wordt vloeibare ammoniak gespoten 25 tegen een bolvormige plaat en de ammoniak valt daarna op een verdeelplaat 27, die is voorzien van kleine verdeel-gaatjes. Op deze verdeelplaat blijft een laag vloeistof staan, zodat uit de verdeelgaatjes een regelmatige stroom vloeibare ammoniak omlaag valt op de pijpplaat 29 30 en vandaar als een gelijkmatige film omlaag stroomt langs de binnenwand van de buizen 30. De buitenwand van die buizen is, zoals gezegd, in aanraking met de overdrachtvloeistof. Hierdoor koelt de overdrachtvloeistof af en transporteert koude naar de accumulator.

35 3ij inschakelen van de bevriesfase wordt 790 5 2 77 13 * magneetventiel 12 gesloten en de magneetventielen 13 en 11 worden geopend en pomp 19 wordt gestart. Uit afscheider 2 stroomt nu vloeibare ammoniak naar het vat 20, waar het niveau dus stijgt. Zodra het niveau hoog 5 genoeg is, schakelt de niveauregelaar 9 de pomp 8 in, vloeibare ammoniak wordt door klep 11 gepompt naar sproeier 26,er verdampt ammoniak en de overdrachtvloeistof transporteert koude naar de accumulator. De verdampte ammoniak komt terug in vat 20 en ontsnapt door een leiding 10 naar vat 2.

De afgekoelde overdrachtvloeistof wordt nu door buis 25 en pomp 19 naar de accumulator gevoerd en wordt daar door een duikpijp gebracht onder een conisch verdeelorgaan onder in vat 14, dat is voorzien van een groot aantal (niet getekende) gaatjes met een middellijn van 0,o mm terwijl het gezamenlijke oppervlak van de gaatjes ca. lk% van het conusoppervlak vormt. Het blijkt dat dan vrij grote druppels van de olie door het_eutec-tische mengsel opstijgen (middellijn 3-¾ mm). Door het 20 zeer grote aantal van deze druonels is het warmteuit-. * * o 3 wisselende oppervlak zeer groot (ca. m /m . .

buffermateriaal). Op deze wijze verkrijgt men een zeer goede verdeling van de overdrachtvloeistof terwijl slechts zeer weinig pcmpenergie nodig is. Die pcmpenergie zou nl.

25 uiteindelijk dienen cm de vloeistoffen te verwarmen en daarmee zou het nuttig effect van een kcudeaccumulator wcraen verminderd, (bij een warmteaccumulatcr is dat minder beswaarlijk).

In de verdamper 1δ wordt de overdrachtvloei-stof afgekoeld tot een temperatuur beneden de eutectische temperatuur en wanneer die vloeistof ais druppels opstijgt in vat l- 'wordt rondom elke druppel een huidje van vast buixermateriaal gevormd. Het grootste gedeelte van dit 35 “rassen de leger. 15 en lij naar een gedeelte blijk* zich 7905277 i 14 vast te hechten in de coalescer 17· Boven de coalescer blijkt geen vast materiaal aanwezig te zijn.

De -temperatuur van de door 24 afgevoerde overdrachtvloeistof blijkt praktisch gelijk te zijn aan 5 de eutectische temperatuur.

Het temperatuurverschil is meestal kleiner dan 0,2°C en dit temperatuursverschil blijkt gehandhaafd te worden tot vrijwel alle buffermateriaal boven het verdeelorgaan 31 is vast geworden. Daarna neemt het 10 temperatuurverschil snel toe en deze toename blijkt zeer geschikt als signaal om het bevriezen te beëindigen.

Wanneer de koelcellen 7 meer koude verbruiken dan de compressors 1. kunnen leveren zal in het scheidings-vat 2 de druk toenemen. Dit kan gebruikt worden als 15 signaal om te beginnen de accumulator te ontdooien.

Natuurlijk kan men hiermee ook reeds beginnen, wanneer de accumulator nog slechts gedeeltelijk is bevroren.

Voor ontdooien worden de magneetventielen 11 en 13 gesloten, terwijl pomp 19 weer wordt gestart. De 20 overdrachtvloeistof komt nu in de uitwisselaar 18 aan met een temperatuur die vrijwel gelijk is aan de eutectische temperatuur en dus iets lager dan het kookpunt van de ammoniak in het scheidingsvat 2 en in het daarmee verbonden vat 20. Daarom zal op de binnenkant van 25 de buizenbundel in 13 ammoniak condenseren en omlaag- stromen, terwijl tegelijk vanuit 20 gasvormige ammoniak omhoogstroomt en eveneens condenseert. Hierdoor wordt de overdrachtvloeistof opgewarmd en teruggepompfc naar de accumulator 14, waar zij de opgenomen warmte-weer afgeeft 30 aan het buffermateriaal en dit doet smelten. Daarbij koelt de overdrachtvloeistof weer af tot juist boven het eutectische smeltpunt en stroomt door de coalescer omhoog terug naar de warmteuitwisselaar 18. In de coalescer geeft de overdrachtvloeistof nog enige warmte af aan 35 eventueel nog in de coalescer aanwezig vast buffermateriaal, 790 5 2 77 * 15 dat daardoor smelt en omlaag stroomt. De coalescer wordt dus vanzelf gereinigd.

De vloeibaar geworden ammoniak verzamelt zich in vat 20 en wordt periodiek (gestuurd door de 2 niveauregeiaar 10) via magneetklep 12 naar vat 2 gepompt en is daar beschikbaar voor koeling van de cellen 7.

Ook nu blijft het temperatuurverschil tussen de door buis 2& afgevoerde overdrachtvloeistof en de eutectische temperatuur vrijwel constant en kleiner dan 10 Q,2°C, terwijl dit temperatuurverschil plotseling aan zienlijk stijgt, zodra alle vaste buffermateriaal is gesmolten. Deze toename van het temperatuurverschil kan worden gebruikt als signaal om het ontdooien te beëindigen.

Hoewel in fig. 1-5 een uitvoeringsvorm is i5 getekend, waarbij tijdens het ontdooien de overdrachtvloeistof zijn koude eerst afgeeft aan een koelmiddel, zoals ammoniak is het uiteraard ook mogelijk, de overdrachtvloeistof zelf naar de koelcellen 7 te pompen en daar te gebruiken als koelmiddel.

20 * gen groot voordeel van de thans voorgestelde accumulator is, dat een zo klein verschil in temperatuur tussen overdrachtvloeistof en buffermateriaal reeds vol-doende is om een vrijwel volledige warmteuitv/üsseling te verkrijgen. Cm dat voordeel niet verloren te laten gaan 25 i3 het zeer gewenst, dat de andere in de werkwijze ge- - bruikte warmteuitwisselaars eveneens een zo goed mogelijke warmteuitwisseling mogelijk maken bij klein temperatuurverschil.

Daarom is in het boven beschreven voorbeeld „ 30 qS 0p zichzelf bekende vallende filmverdamper gebruikt, welke in dit opzicht zeer gunstig is. Andere uitwisselaars -? ei~enschaooen kunnen natuurlijk even- eens werden gebruikt.

In fig. 2 is een toepassing van de aeoumu- 790 52 77 16 werden als ijsbuffer.

In bierbrouwerijen, frisdrankfabrieken, zuivelfabrieken e.d. is het vaak nodig een gegeven hoeveelheid vloeistof, die bij hogere temperatuur is bereid, 5 snel af te koelen tot een lage temperatuur, bij voorbeeld 5°C. Om installeren van een grote compresscrcapaciteit te vermijden was het daar gebruikelijk een ijsbuffer toe te passen, bestaande uit een houder, gevuld met water, die was voorzien van een groot aantal buizen, binnen 10 welke ammoniak kan verdampen. Daardoor vormt zich op de buitenwand van die buizen een laag ijs en op die wijze kan men een grote hoeveelheid koude opslaan. Wanneer men die koude wil gebruiken circuleert men een stroom water door de ijsbuffer en door de te koelen ruimten of vaten; 15 daarbij worden die ruimten of vaten gekoeld en in de ijsbuffer smelt een overeenkomstige hoeveelheid ijs.

Dergelijke ijsbuffers zijn echter duur in aanschaf vergen een grote hoeveelheid koelmiddel als vulling en verder is noch de opname, noch de afgifte 20 van de koude zeer snel, wat weer extra voorzieningen vereist, zoals roerders in de ijsbuffer.

Pig. 4 toont een soortgelijke accumulator als die in fig. 1.

Het voornaamste verschil met de accumulator 25 uit fig. 1 is, dat ditmaal water wordt gebruikt als buffermateriaal in plaats van een eutectich mengsel.

Op geheel analoge wijze als in fig. 1 wordt een koelmiddel, gewoonlijk ammoniak, door een compressor 41 samengeperst, vloeibaar gemaakt in een koeler42, ont- 30 spannen in een ventiel 43 en daarna in een warmteuitwisse- laar44 gebruikt om een overdrachtvloeistof, bij voorbeeld een aardoliefractie, af te koelen tot iets onder 0°C.

Deze overdrachtvloeistof wordt door pomp 45 naar het ver- deelorgaan gevoerd en stijgt als druppels omhoog door het 35 water in de accumulator, dat daarbij gedeeltelijk bevriest.

* 7905277 A **7 J. f 3s v:eer zoo CWC opgewarmde cvsrdracntvloeistcf worst dan opnieuw rcndgepor.pt er. cp dess wijze kan ren tenslotte vrijwel de gehele in de accumulator cover, het verdeel— orgaan aanwezige hoeveelheid water bevriezen eerst tot een 5 brij var. ijskristallen en daarna tot een poreuze vaste

Eer. tweede verschil net de accumulator uit fig. i is, dat het verdeelorgaar. niet geheel onderin de accumulator is geplaatst naar iets hoger, zodat onder 10 dat verdeelcrgaan altijd een hoeveelheid vloeibaar water aanwezig is, die onniddeliijk verpompt kan worden.

Vanuit dit onderste gedeelte kan door pomp 3 2 water gepompt werden naar te koeien materiaal, dat schematisch is aangegeven door de zigzaglijn 51. Om 15 eventueel meegevoerde druppels overdraehtvloeistof tegen te houden is voor de pomp een extra coalescer ëC aange-bracht. De daar opgevangen hoeveelheid overdrachtvloeistof kan door een verticale leiding opstijgen tot boven in de accumulator.

2C Vanuit 5l wordt het opgewarmde water terugge voerd naar de accumulator om weer afgekoeld te worden. Daartoe worde het water versproeid in de laag overdracht-vloeistof, nadat die zijn koude heeft afgegeven aan de hoofdmassa van het buffermateriaal. De overdraehtvloeistof 25 wordt dar. dus opgewarmd rot aanzienlijk boven C°C, zodat eventueel ijs, dat in de coalescer is blijven hangen, door aanraking met de zo opgewarmde overdraehtvloeistof zal smelten en omlaagstromen. Ook kan men het cpgewarmde water terugvoeren op een punt boven de coalescer, zodat 3G reinigen van de coalescer nog sneller verloppt. Nadat het opgewarmde water in de overdraehtvloeistof is versproeid zakt het omlaag en komt dan in aanraking met het ijs, dat drijft nabij het scheidingsvlak van water en overdraehtvloeistof. Daarbij smelt ijs en het water koelt 35 weer af tot 0°0.

Bij een gegeven volume van de accumulator 7905277 18 heeft men volgens de uitvinding een veel grotere opslagcapaciteit dan met een gebruikelijke ijsbuffer, omdat thans geen groot volume behoeft te worden ingenomen door buizen of vrij moet blijven om water te kunnen cir-5 culeren en te roeren. Ook de opname- en afgiftesnelheid is aanzienlijk groter, omdat de druppels overdrachtvloeistof een veel groter oppervlak hebben dan met buizen bereikbaar is, terwijl de koude of de warmte thans niet hoeft te worden geleid door een dikke laag ijs. Ten slotte 10 bespaart men de grote kosten, welke aan de constructie van de buizenbundels zijn verbonden. Deze bekende ijs-buffers werden in de praktijk steeds gebouwd als een rechthoekige en daardoor dure bak.

Wanneer men water gebruikt als buffermateriaal, 15 dan blijkt de hoeveelheid ijs-, die door de coalescer moet worden opgevangen, aanzienlijk groter te zijn dan bij toepassen van een eutectische oplossing. De verklaring ' daarvoor is niet geheel duidelijk.

Zekerheidshalve kan men een tweede coalescer 20 aanbrengen onder of boven de eerste. Dan voorkomt men met zekerheid, dat zich ijs afzet in de‘warmteuitwisselaar 4.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 is er van uitgegaan, dat de opgeslagen koude werd afgevoerd in de vorm van water met een temperatuur van ca. 0 C.

25 Het is echter eveneens mogelijk de koude uit de ijsaccumulator af te voeren in de vorm van een suspensie van ijskristallen in water. Een dergeiijke suspensie blijft pompbaar tot een concentratie van 60-70,¾ ijskristallen. In dat geval kan men de ijskristallen doen 30 smelten ter plaatse van de te koelen'voorwerpen of ruimten en daardoor een lagere temperatuur bereiken alsmede een efficiënter benutting van de opge_slagen koude.

Koelen met een suspensie van ijskristallen in een met water niet mengbare vloeistof zoals tolueen was 35 reeds op zichzelf bekend uit het Amerikaanse oczrooischrift 7905277 19 r 3.559-STC en uit net Amerikaanse octrocischrift 3.2L7.c7c was een werkwijze bekend cm ue koeien met een suspensie van ijskristallen in pekel, maar tct dusver *C S ^ Θ ^ C. C^1 ^S^VCU.Cld.^ ^ ^ ar νία>^.ν>Λ/>’·Λβα r>>> ccvj δδτ crc^n r\?7 ^ o.r* *f" v>coon ^ ^ ^ w i W' Ά W, •m' Cm Cm.· w mm .L WS./U. wmUvvv. <m* CmCm^ «m* -m*m* k-< C-_ W ^ w— U* w suspensie te bereiden van ijskristallen in water, zender dat die kristallen de neiging hebben aaneen te groeien tot grotere aggregaten.

Volgens de uitvinding is dit echter zonder 10 problemen mogelijk.

Het blijkt eveneens mogelijk te zijn bij een accumulator volgens fig. 9 eutectische pekel te gebruiken als buffermateriaal en dan deze pekel of een suspensie van vast eutect in de pekel te verpompen naar de plaats, waar 15 warmte moet worden afgevoerd. In dit geval dient natuurlijk de coalescer 50 te worden weggelaten.

7905277

Claims (5)

1. Accumulator voor warmte of koude, welke is voorzien van een houder, voor het grootste gedeelte gevuld met een laag bij constante temperatuur smeltend buffermateriaal en met een aanzienlijk kleiner laag 5 warniteoverdrachtvloeistof met lager smeltpunt dan het buffermateriaal en met een soortelijk gewicht dat ofwel kleiner, ofwel groter is dan zowel het vaste, als het vloeibare buffermateriaal, welke overdrachtvloeistof vrijwel niet mengbaar is met het buffermateriaal, terwijl de 10 houder is voorzien van een leiding om warmteoverdracht-vloeistof uit de genoemde laag af te voeren naar inrichtingen buiten de accumulator en van een toevoer-leiding om warniteoverdrachtvloeistof terug te voeren naar een verdeelorgaan in de laag buffermateriaal en de 15 overdrachtvloeistof vandaar omhoog of omlaag te laten stromen en in rechtstreekse aanraking met het buffermateriaal, met het kenmerk, dat tussen het buffermateriaal en de afvoer voor warmteoverdrachtvloeistof een of meer coalescers zijn aangebracht om vaste deeltjes buffer-20 materiaal tegen te houden.

2. Accumulator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de toevoerleiding voor overdrachtvloeistof is verbonden met een verdeelorgaan, dat een plaat omvat, voorzien van een groot aantal openingen met een middellijn 25 van 0,4-1,0 mm.

3. Accumulator volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het verdeelorgaan bestaat uit een geperforeerde kegelvormige plaat.

4. Accumulator volgens conclusies 1-3, met het 30 kenmerk, dat die is voorzien van een afvoerleiding voor pompbaar buffermateriaal nabij de bodem en van een toevoer voer opgewarmd vloeibaar buffermateriaal bovenin de houder.

5. Accumulator volgens conclusie 4, met het 7905277 « 21 k kenmerk, dat deze is voorzien van een coalescer in de afvoorleiding voor vloeibaar buffermateriaal. 790 5 2 77