NL7906986A - Inrichting voor het opvangen van de door een uitlaat- leiding van een motor afgevoerde warmte. - Google Patents

Description

VO 8169 " 1 "

De Heer A. Terlouw OUDERKERK AM DM IJSSEL.

Inrichting voor het opvangen van de door een uitlaatleiding van een motor afgevoerde warmte.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het opvangen van de door een uitlaatleiding van een motor, in het bijzonder 5 een scheepsmotor, afgevoerde warmte.

In motoren wordt tijdens bedrijf warmte opgewekt. Gewoonlijk wordt een groot deel van deze warmte via de uitlaatgassen afgevoerd, zonder dat daarvan een nuttig gebruik wordt gemaakt. De uitvinding beoogt een inrichting te verschaffen waarin althans een deel van die 10 anders zonder benutting af gevoerde warmte wordt opgevangen. Dit doel wordt bereikt met een inrichting, die wordt gekenmerkt door een met zand of soortgelijk warmte-opslagmateriaal gevuld reservoir, een aantal door het reservoir verlopende, in het zand ingebedde, uitwendig van ribben voorziene buizen, welke buizen aan een uiteinde op ge-15 schikte wijze in verbinding staan of kunnen worden gebracht met de uitlaatleiding van de motor en aan het tegenovergestelde uiteinde in verbinding staan of kunnen worden gebracht met een leiding voor afvoer van door de buizen getransporteerde uitlaatgassen van de motor, en middelen om warmte van het reservoir te transporteren naar een op 20 afstand daarvan opgestelde warmtewisselaar.

In de inrichting volgens de uitvinding wordt een groot deel van de warmte, die anders door de uitlaatgassen wordt afgevoerd en in de buitenlucht verloren gaat, via de ribben van de ribbenbuizen overgebracht naar het omringende zand of ander geschikt warmt e-op-25 slagmedium. Bij normaal bedrijf van een motor, bijvoorbeeld een scheepsmotor, kan het zand daarbij een hoge temperatuur van zelfs ongeveer 500°C bereiken. De in het zand opgeslagen warmte kan daaraan op verschillende wijzen worden onttrokken. Bij een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding waarbij de van ribben voor-30 ziene buizen verlopen tussen twee pijpplaten, waarbij tussen de wand van het reservoir en de respectieve pijpplaten verzamelkamers zijn voorzien, via welke verzamelkamers de uitlaatgassen van de motor wor- 7906986 % * - 2 - den aangevoerd, respectievelijk afgevoerd, kunnen "bijvoorbeeld de middelen om warmte van het reservoir naar een warmtewisselaar te trans- -porteren bestaan uit leidingen tussen ieder van de verzamelkamers en de warmtewisselaar, waarbij een kringloop wordt gevormd door respec-5 tievelijk de verzamelkamer voor aangevoerde uitlaatgassen, een eerste leiding, de warmtewisselaar, een tweede leiding, de verzamel-• kamer voor af te voeren uitlaatgassen en de ribbenbuizen tussen de verzamelkamers, terwijl in een van de leidingen een ventilator is op-, genomen om gassen door de kringloop te voeren.

10 Bij een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding bestaan de middelen om warmte van het reservoir naar een warmtewisselaar te transporteren uit een of meer andere van ribben voorziene buizen die in het zand of ander warmte-opslagmateriaal zijn ingebed, welke andere buizen aan weerszijden verbonden zijn met res-15 pectievelijk een eerste en een tweede leiding die de buizen verbindt met de warmtewisselaar, zodanig dat de buizen, de eerste leiding, de warmtewisselaar en de tweede leiding een gesloten circuit vormen in welk gesloten circuit een ventilator is opgesteld voor het door het circuit rondleiden van een in het circuit gehouden warmtetransport-20 medium.

In de van de inrichting volgens de uitvinding deel uitmakende of daarmee gekoppelde warmtewisselaar wordt de aangevoerde warmte bijvoorbeeld afgestaan aan water van een verwarmingssysteem of van een warmwatervoorziening.

25 De inrichting volgens de uitvinding maakt, indien op schepen toegepast, een conventionele centrale-verwarmingsinstallatie overbodig en verschaft aldus een beduidende energie-besparing. Aangezien zand een grote warmtecapaciteit heeft zal, zelfs indien de motor wordt gestopt en geen nieuwe warmte wordt aangevoerd, het betrekke-30 lijk lang duren voor alle in de inrichting volgens de uitvinding opgeslagen warmte is afgevoerd. Op een schip zal derhalve nog geruime tijd nadat de motor is stilgezet de verwarming kunnen blijven werken. Dit is van bijzonder belang voor transportschepen voor het transporteren van brandbare vloeistoffen zoals benzine en dergelijke. Bij het 35 laden en lossen van dergelijke schepen· mag ter voorkoming van explo- 7906986 .-3- « -.-1 sies, geen "open vuur" aanwezig zijn, hetgeen inhoudt dat behalve de motor ook een centrale verwarmingsinstallatie die bijvoorbeeld met een oliebrander werkt, uitgeschakeld moet worden. Dit betekent in veel gevallen ongemak voor het personeel aan boord, in het bijzonder 5 indien het laden en lossen geruime tijd duurt. Bij toepassing van de inrichting volgens de uitvinding in een centrale verwarmingsinstallatie doet dit nadeel zich niet voor.

De van ribben voorziene buizen in de inrichting volgens de uitvinding kunnen op geschikte wijze bestaan uit staal, dat wil zeg-10 gen uit hetzelfde materiaal als de uitlaatpijp van de motor zelf.

Bij een geschikte uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is deze voorzien van een bijpass-leiding en van middelen om de van de motor afkomstige uitlaatgassen geheel of gedeeltelijk buiten het reservoir om door de bijpass-leiding te laten lopen.

15 Dergelijke middelen kunnen bestaan uit: middelen voor het meten van de temperatuur van de aangevoerde uitlaatgassen en middelen om bij meting van een temperatuur beneden een gekozen waarde de gassen niet door het reservoir, maar door de bijpass-leiding te leiden.

Ook is het mogelijk dat de genoemde middelen bestaan uit een in de 20 leiding naar het reservoir voorbij de aftakking van de bijpass-leiding opgenomen klep, welke klep zodanig kantelbaar is dat daardoor de gehele leiding wordt afgesloten, waarbij de klep is uitgerust met een gewicht dat zodanig ten opzichte van de kantellijn is bevestigd dat bij aanvoer van een geringe hoeveelheid gas het gewicht de klep dicht 25 houdt en bij aanvoer van grotere hoeveelheden gas deze hoeveelheden de klep tegen het gewicht in opendrukken.

Op tijdstippen dat de motor langzaam loopt wordt betrekkelijk weinig warmte gecreeerd en zullen de uitlaatgassen een betrekkelijk lage temperatuur hebben. Indien dergelijke uitlaatgassen met geringe 30 temperatuur worden geleid door de inrichting waarin zand met een relatief hogere temperatuur aanwezig is, zou geen warmte toegevoerd, maar integendeel afgevoerd worden door de uitlaatgassen. Dit nu wordt voorkomen door dan de uitlaatgassen niet door de ribbenbuizen maar door een bijpass-leiding te leiden. Bij regeling van het mechanisme 35 aan de hand van de temperatuur kan dit met behulp van geschikte elek- 7906986 - k - tronica automatisch geschieden. Bij toepassing van een klep geschiedt de bediening automatisch afhankelijk van de door de uitlaatgassen uitgeoefende druk.

De vorm van het reservoir van de inrichting volgens de uitvin-5 ding is niet essentieel. Iedere vorm is denkbaar en in de praktijk zal de vorm bepaald worden door de beschikbare ruimte. De inrichting volgens de uitvinding kan op een schip niet alleen samen met de motor worden toegepast, maar andere matoren, zoals hulpmotoren, kunnen ook op de inrichting worden aangesloten. In het algemeen geldt dat de in-10 richting met meer dan éên warme uitlaatgassen leverende motor kan worden gekoppeld.

De uitvinding wordt toegelicht aan dehandvan der tekening, waarin fig. 1 een weergave in doorsnede is van'een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, 15 fig. 2 een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding in doorsnede weergeeft, en fig. 3 een weergave is van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding voorzien van een bijpass-leiding.

De in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvorm van de inrichting 20 volgens de uitvinding omvat een reservoir of vat 1, voorzien van een toevoerleiding 2 met een flens 3 aan het uiteinde daarvan en een afvoer leiding ^ met een flens 5 aan het uiteinde daarvan. In het inwendige van het vat 1 zijn een tweetal pijpplaten 6 en 7 zodanig opgesteld dat door de pijpplaten en de wand van het reservoir respectieve-25 lijk een verzamelkamer 8 en een verzamel kamer 9 worden begrensd. De verzamelkamer 8 bevindt zich in het vat 1 direkt achter de toevoerleiding 2 en de verzamelkamer 9 bevindt zich direkt aangrenzend aan de afvoerleiding b.

Tussen depijpplaten 6 en 7 verlopen een aantal buizen of pij-30 pen 10 die met hun uiteinden zijn bevestigd in daarvoor bestemde ope-ningen in de pijpplaten. De pijpen 10 vormen een verbinding tussen de verzamelkamer 8 en de verzamelkamer 9· De pijpen 10, die bijvoorbeeld evenals het vat 1 uit staal bestaan, zijn voorzien van ribben 11. De ruimte binnen het vat rond de pijpen 10 met de ribben 11 is opgevuld 35 met zand 12 of een ander geschikt warmte-opslagmedium.

7906986 r ·* - 5 -

Ia de waad van h.et reservoir 1 tussea de pijpplaten 6 ea T is voorts Tn, (aiet weergegeven) ontgassiagsopening of ontgassingspijp-stomp voorzien, die van een geschikte afsluitklep of ventiel ik voorzien.

Tussen de pijpen 10 met ribben 11 zijn een aantal andere pijpen 5 of buizen 13 ingebed in het zand 12. De pijpen 13 zijn voorzien van ribben 14. De pijpen 13 zijn aan één uiteinde gekoppeld met een leiding 15, die door de wand van het vat 1 is gevoerd en zijn aan het tegenovergestelde uiteinde gekoppeld met een leiding 16, die eveneens door de wand van het vat 1 is gevoerd. In de leiding 15 buiten het vat 10 1 is een ventilator 17 opgesteld die door een motor 18 wordt aangedreven. De motor 18 is bijvoorbeeld een voor een ventilator geschikte elektromotor. Door de buizen 13 en de leidingen 15 en 16 wordt met behulp van de ventilator 1J een geschikt medium, bijvoorbeeld lucht rondgepompt. De leidingen 15 en 16 vormen toevoer-, respektievelijk af-15 voer leiding van de warmtewisselaar 19· Het door de leidingen 15 en 16 aan— en afgevoerde medium staat in de warmtewisselaar 19 in warmte-wisselend contact met een geschikt ander medium, bijvoorbeeld water, dat door de leidingen 20 en 21 naar en van de warmtewisselaar wordt gevoerd. De leidingen 20 en 21 kunnen bijvoorbeeld deel uitmaken van 20 het leidingenstelsel van een centraal verwarmingssysteem.

Het gehele reservoir of vat 1 kan zijn omgeven door een isola-tiedeken 22, bijvoorbeeld van glaswol. Het reservoir is gekoppeld met de uitlaatleiding van een motor. De uit laat lei ding 23 van de niet weergegeven motor is voorzien van een expansiestuk 2h, bijvoorbeeld in de 25 vorm van een balg, terwijl aan het uiteinde van de leiding 23 zich een flens 25 bevindt. De leiding 23 is met de flens 25 bevestigd aan de flens 3 aan het uiteinde van de toevoerleiding 2 van het vat 1 door middel van geschikte moeren en bouten 26. Teneinde de weerstand voor uitlaatgassen van de inrichting volgens de uitvinding zo klein mogelijk 30 te houden dient de diameter van de toevoerleiding 2 tenminste gelijk aan of groter dan de diameter van de leiding 23 te zijn. Het totale oppervlak van de doorsnede van de pijpen 10 dient voorts groter te zijn dan het oppervlak van de doorsnede van de leiding 23. Bij een leiding 23 met een binnendiameter van 15 cm en bij toepassing van pijpen 10 35 met een binnendiameter van 5 cm dienen derhalve meer dan 9 pijpen in 7906986 - 6 - de-inrichting, volgens de uitvinding te zijn opgenomen.

De afvoerleiding ^ is met de flens 5 aan het uiteinde bevestigd aan de flens 27 aan het uiteinde van de afvoer leiding 28, waarin eveneens een expansie stuk 29 is opgenomen. De bevestiging van de 5 flens 5 op de flens 27 geschiedt met geschikte middelen, bijvoorbeeld bouten en moeren 30. De leiding 28 dient voor het afvoeren van de uitlaatgassen die in de inrichting volgens de uitvinding warmte heb- « ben afgestaan.

In de inrichting volgens de uitvinding, waarvan figuur 1 een 10 uitvoeringsvorm weergeeft wordt door de uitlaatgassen, die via de leiding 23 worden aangevoerd en die van de verzamelkamer 8 via de pijpen 10 naar de verzamelkamer 9 worden geleid en vandaar afgevoerd door de leiding 28, warmte afgestaan aan de pijpen 10 en de ribben 11 op de pijpen 10 vanwaar de warmte wordt overgedragen aan het zand 12. 15 Bij normaal bedrijf van bijvoorbeeld een scheepsmotor kan het zand een hoge temperatuur van ruim 500°C bereiken. Het in het circuit, gevormd door de leidingen 13, 15 en 16 rondgepompte medium, bijvoorbeeld lucht, wordt door het zand 12 via de ribben 1U op de pijpen 13 verhit en draagt de verkregen warmte in de warmtewisselaar 19 over aan door 20 de leidingen 20 en 21 aan- en af gevoerd water. Het water kan bijvoorbeeld het water in een centrale verwarmingsinstallatie zijn. Een dergelijke installatie kan van de gebruikelijke regelapparatuur zoals thermostaten en dergelijke zijn voorzien die regelen dat alleen dan door de ventilator 17 warmtetransportmedium naar de warmtewisselaar 25 19 wordt gepompt, wanneer de centrale verwarmingsinstallatie daarom vraagt. Ook is het mogelijk een warmwatervoorziening direkt of indi-rekt met de warmtewisselaar 19 te koppelen.

In figuur 2 is een enigszins gewijzigde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding weergegeven. Onderdelen van deze 30 uitvoeringsvorm die gelijk zijn aan onderdelen van de in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvorm zijn van hetzelfde verwijzingscijfer voorzien. Het verschil met de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 is dat de pijpen 13, met de leidingen 15 en 16 achterwege zijn gebleven. In plaats daarvan is een naar de warmtewisselaar 19 verlopende lei-35 ding 31 voorzien, die direct is aangesloten op de verzamelkamer 8.

7906986 - 7 -

Tussen de warmtewisselaar 19 en de verzamelkamer 9 is voorts een leiding 32 voorzien. De ventilator 17 is in de leiding 31 opgesteld. In bedrijf wordt, indien de warmtewisselaar 19 warmte vraagt, het uitlaatgas als warmtetransportmedium rondgepompt door de leiding 31, de 5 warmtewisselaar 19 en de leiding 32. Bij werkende motor, wanneer uitlaatgassen door de leiding 23 en de leiding.2 in de verzamelkamer 8 worden aangevoerd, zal tenminste een deel daarvan in dat geval door de warmtewisselaar 19 worden geleid. Indien geen uitlaatgassen via de leidingen 23 en 2 worden aangevoerd, wordt gas via de buizen 10 in 10 de verzamelkamer 8 aangezogen en rondgepompt. De warmtewisselaar 19 krijgt in dat geval warmte aangevoerd uit het zand 12 rond de ribbenbuizen 10, welke warmte eerder daarin werd opgeslagen na door de uitlaatgassen aangevoerd te zijn.

In figuur 3 is een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens Ij de uitvinding weergegeven, die is voorzien van middelen om in het geval de uitlaatgassen van de motor, waarop de inrichting is aangesloten, niet voldoende warmte bevatten, het warmte-opslaggedeelte van de inrichting voor die uitlaatgassen af te sluiten. Onderdelen van de weergegeven uitvoeringsvorm, die overeenkomen met onderdelen van 20 üe uitvoeringsvorm volgens figuur 1 zijn met dezelfde verwijzings-cijfers aangegeven. Set verschil tussen de inrichting volgens figuur 1 en die volgens figuur 3 is dat een bijpas s-leiding 33 is aangesloten tussen de toevoerleiding 2 van het vat 1 en de afvoerleiding k van het vat 1. Bij normaal bedrijf, wanneer voldoende hete gassen 25 worden aangevoerd, worden deze gassen in hoofdzaak door het vat 1 en niet door de omloopleiding 33 gevoerd. Aangezien de stromingsweer-stand van het vat 1 geringer is dan die van de leiding 33. In de leiding 2 is evenwel op een punt dat dichterbij het vat 1 ligt dan het punt waar de leiding 33 aftakt een klep 3^· aangebracht. De klep 3^·, 30 die kan worden bediend met behulp van een als een blok aangegeven mechanisme 35» wordt gesloten in gevallen dat de temperatuur van de aangevoerde uitlaatgassen te laag is. De uitlaatgassen worden dan via de leiding 33 buiten de inrichting cm geleid.

Het bedieningsmechanisme 35 kan ieder geschikt orgaan zijn.

35 Gedacht kan worden aan een servomechanisme dat wordt gestuurd afhan- 7906986 V c - 8 - kelijk van een door een temperatuurvoeler in de leiding 2 voor de klep gemeten temperatuur. De klep 3^ kan 'ook zodanig van een gewicht zijn voorzien dat hij een bepaalde lage druk van aangevoerde uitlaatgassen de klep door het gewicht wordt dichtgedrukt. Dan kan 5 het mechanisme 35 achterwege blijven terwijl het beoogde doel toch wordt bereikt. Als de motor, vanwaar de uitlaatgassen worden aangevoerd, op vol vermogen draait, wordt een grote hoeveelheid gas met hoge temperatuur aangevoerd, waardoor de klep wordt opengedrukt. Draait de motor langzaam, dan wordt weinig gas met een betrekkelijk 10 lage temperatuur aangevoerd, en wordt de klep door het gewicht dichtgedrukt, terwijl het aangevoerde gas niet in staat is de klep open te drukken.

In de figuren is het reservoir 1 als cylindrisch vat weergegeven. De vorm van het vat, en ook de stand (horizontaal of verti-15 kaal) zijn evenwel niet van wezenlijk belang. Bij toepassing van de inrichting op een schip bijvoorbeeld, kan voor het plaatsen van de inrichting van iedere geschikte ruimte worden gebruik gemaakt en kan de vorm van de inrichting aan de beschikbare ruimte worden aangepast.

Het is niet vereist dat slechts één motor op de inrichting 20 volgens de uitvinding wordt aangesloten. Denkbaar is dat meerdere motoren (hulpmotoren en dergelijke) worden gekoppeld met de inrichting volgens de uitvinding.

7906986

Claims (7)

1. Inrichting voor het opvangen van de door een uitlaatleiding van een motor, in het hijzonder een scheepsmotor, afgevoerde warmte, gekenmerkt door een met zand of soortgelijk varmte-opslagmateriaal ge- 5 vuld reservoir, een aantal door het reservoir verlopende, in het zand ingebedde, uitwendig van ribben voorziene buizen, welke buizen aan een uiteinde op geschikte wijze in verbinding staan of kunnen worden gebracht met de uitlaatleiding van. de motor en aan het tegenovergestelde uiteinde in verbinding staan of kunnen worden gebracht met een ' 10 leiding voor afvoer van door de buizen getransporteerde uitlaatgassen Vaide motor, en middelen om warmte van het reservoir te transporteren naar een op afstand daarvan opgestelde warmtewisselaar.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de van ribben voorziene buizen verlopen tussen twee pijpplaten, waarbij tus- 15 sen de wand van het reservoir en de respectieve pijpplaten verzamel-kamers zijn voorzien, via welke verzamelkamers de uitlaatgassen van de motor worden aangevoerd, respektievelijk af gevoerd.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de middelen om warmte van het reservoir naar een warmtewisselaar te tran- 20 sporteren bestaan uit leidingen tussen ieder van de verzamelkamers en de warmtewisselaar, waarbij een kringloop wordt gevormd door respectievelijk de verzamelkamer voor aangevoerde uitlaatgassen, een eerste leiding, de warmtewisselaar, een tweede leiding, de verzamelkamer voor af te voeren uitlaatgassen en de ribbenbuizen tussen de 25 verzamelkamers, terwijl in een van de leidingen een ventilator is opgenomen om gassen door de kringloop te voeren, k. Inrichting volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de middelen om warmte van het reservoir naar een warmtewisselaar te transporteren bestaan uit een of meer andere van ribben voorziene 30 buizen die in het zand of ander warmte-opslagmateriaal zijn ingebed, welke andere buizen aan weerszijden verbonden zijn met respectievelijk een eerste en een tweede leiding die de buizen verbindt met de warmtewisselaar, zodanig dat de buizen, de eerste leiding, de warmtewis 7906986 - 10 - selaar en de tweede leiding een gesloten circuit vormen in welk gesloten circuit een ventilator is opgesteld voor het door het circuit rondleiden van een in het circuit gehouden warmtetransportmedinm.

5· Inrichting volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat hij 5 toepassing van de inrichting op een schip, de warmtewisselaar deel uitmaakt van het verwarmingsstelsel van het schip.

6. Inrichting volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een bijpass-leiding en van middelen om de van de motor afkomstige uitlaatgassen geheel of gedeeltelijk buiten 10 het reservoir om door de bijpass-leiding te laten lopen.

7- Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat genoem de middelen bestaan uit middelen voor het meten van de temperatuur van de aangevoerde uitlaatgassen en middelen om bij meting van een temperatuur beneden een gekozen waarde de gassen niet door het reser-15 voir, maar door de bijpass-leiding te leiden.

8. Inrichting volgens conclusie. 6, met het kenmerk, dat genoem de middelen bestaan uit een in de leiding naar het reservoir voorbij de aftakking van de bijpass-leiding opgenomen klep, welke klep zodanig kantelbaar is dat daardoor .de gehele leiding wordt afgesloten, 20 waarbij de klep is uitgerust met een gewicht dat zodanig ten opzichte van de kantellijn is bevestigd dat bij aanvoer van een geringe hoeveelheid gas het gewicht de klep dichthoudt en bij aanvoer van grotere hoeveelheden gas deze hoeveelheden de klep tegen het gewicht in opendrukken. i 7906986