NL8002308A

NL8002308A - Systeem voor het uitwisselen van warmte.

Info

Publication number: NL8002308A
Application number: NL8002308A
Authority: NL
Original assignee: Aparatos Aire Acondicion
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1980-04-21
Publication date: 1981-11-16
Also published as: US4283916A; GB2063443A; FR2464449A1; DE2936105A1; GB2063443B; BE880198Q; CH641890A5

Description

> Λ 4

* ‘ 79.3526/M/Rey/MvC

Korte aanduiding: Systeem voor het uitwisselen van warmte.

De uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het uitwisselen van warmte en in het bijzonder op een nieuwe en doelmatige warmtewisselaar, die gebruik maakt van een statische turbulentiegenerator voor het omzetten 5 van de druk in een samendrukbaar medium, zoals lucht, in -kinetische energie voor het onttrekken van warmte uit de omgeving.

Warmtewisselaars zijn in een groot aantal variëteiten bekend, bijvoorbeeld in koelkasten, aircondition-10 installaties en dergelijke. Dergelijke apparaten, die gebruik maken van compressie, absorptie, ejecteurwerking en luchtkringlopen voor het verkrijgen van de warmte-uitwisseling zijn bekend. Bij inrichtingen die gebruik maken van compressie en absorptie, wat de meest gangbare methoden zijn en die gewoon-15 lijk een gesloten circuit bevatten, is een uit kostbare elementen, zoals compressoren, condensoren en dergelijke, samengestelde constructie nodig alsmede een koelvloeistof of medium met speciale eigenschappen, zoals freon. Een apparaat dat gebruik maakt van een ejecteur-cyclus, vraagt een krachtige 20 straalstoom of medium alsmede extra componenten zoals verdampers, condensoren en een waterstroom. Inrichtingen die gebruik maken van luchtkringlopen, zijn speciaal bedoeld voor vliegtuigen, zodat zij extra bij deze branche behorende apparaten vragen. Dergelijke inrichtingen vallen buiten het 25 kader en het gebied van de onderhavige uitvinding.

De uitvinding maakt gebruik van de snelheid van een koelmedium zoals lucht voor het verkrijgen van een koelende of verwarmende werking. Het aantal bij de uitvinding toegepaste onderdelen is tot een minimum beperkt en 30 deze onderdelen hebben een zo klein mogelijk volume zodat een compacte constructie met een hoog rendement per eenheid verbruikt vermogen wordt verkregen.

Bovendien wordt het gebruik van media zoals trichloorfluormethaan- en dichloordifluormethaan-verbindingen 000 2 3 08 - 2 - (freon 11 en freon 12) in systemen met een open kringloop vermeden, en moet worden gekozen voor een gesloten systeem.

Dit aspect van de uitvinding is in het bijzonder van belang met het oog op de schadelijke effecten die aan het gebruik 5 van dergelijke media worden toegeschreven, zoals bijvoorbeeld het schadelijke effect van freon op de ozonlaag in de bovenste atmosfeer. Dit schadelijke effect is ten minste gedeeltelijk het gevolg van de lekkage van freon en dergelijke media uit koelsystemen en van het gebruik van freon als drijf-10 gas in spuitbussen.

De uitvinding beoogt derhalve een warmtewisselaar te verschaffen met een minimaal aantal onderdelen waarbij tevens het gebruik van een gevaarlijk medium wordt vermeden en dat kan werken met behulp van de lucht uit de 15 atmosfeer. De inrichting is zodoende kleiner en gemakkelijker te verplaatsen.

Deze oogmerken worden volgens de uitvinding bereikt doordat het systeem voor het uitwisselen van warmte bestaat uit een compressor met een inlaat voor het aanvoeren 20 van een samendrukbaar medium, zoals lucht en een uitlaat, een statische turbulentiegenerator met een inlaat die in verbinding staat met de uitlaat van de compressor en die zelf is voorzien van een eerste en tweede uitlaat, waarbij de statische turbulentiegenerator gecomprimeerd medium van de 25 compressor ontvangt en de druk van het medium omzet in kinetische energie van het medium, een induceertoestel met een eerste inlaat die is verbonden met de uitlaat van de statische turbulentiegenerator en met een tweede inlaat voor het toevoeren van extra medium zoals lucht, en met een uitlaat, waar-30 bij het induceertoestel is voorzien van een gecalibreerd kanaal voor het induceren van een extra luchtstroom door de tweede inlaat waarbij warmte van de omgeving wordt geabsorbeerd, een regelklep die is verbonden met de tweede uitlaat van de statische turbulentiegenerator voor-het regelen van de medium-35 stroom naar het induceertoestel.

Een volgens oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van een warmtewisselaar met een eenvoudige en robuBte constructie die goedkoop is te vervaardigen.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de 800 2 3 08 - 3 - <r * hand van de tekening die een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de uitvinding toont.

Fig. 1 toont een schematisch aanzicht van een systeem voor het uitwisselen van warmte volgens de uit-5 vinding:

Fig. 2 toont schematisch een andere uitvoeringsvorm van het systeem voor het uitwisselen van warmte;

Fig. 3 toont een doorsnede van de statische turbulentiegenerator; 10 Fig. 4 toont een perspectivisch zijaanzicht van de waaier met het doorstroomelement van de statische turbulentiegenerator uit Fig. 3;

Fig. 5 is een doorsnede van het induceertoestel in een geopende stand, waarvan de constructie gelijk 15 is aan die van de regelklep;

Fig. 6 is een aanzicht van een regelklep, die dezelfde constructie heeft als het induceertoestel van Fig. 5, maar in de gesloten stand is weergegeven.

Fig. 1 laat een systeem voor het uitwisselen 20 van warmte zien, die in zijn totaal is aangegeven met het ver-wijzingscijfer 50, welk systeem een pulserende of reciprocerende compressor 1 bevat, die via een filter 2 omgevingslucht aanzuigt en dit onder druk afgeeft aan een warmtewisselaar 3.

De warmtewisselaar 3 is voorzien van een hogedrukveiligheids-25 klep 60 voor het opheffen van de overdruk in de warmtewisselaar en van een condensaataftapinrichting 4 voor het verwijderen van het in de gecomprimeerde lucht gecondenseerde medium. Het zal duidelijk zijn dat een ander medium dan lucht kan worden toegepast wanneer het systeem zich in een andere omgeving be-30 vindt of wanneer een gesloten circuit is aangebracht, dat is weergegeven in Fig. 2, en later zal worden beschreven.

Vanuit de warmtewisselaar 3, stroomt de gecomprimeerde lucht via een leiding 10 naar een statische turbulentiegenerator 5, die is voorzien van een op de leiding 10 35 aangesloten inlaat, een eerste uitlaat 11 en een tweede uitlaat 12. De eerste en de tweede ujtLaten 11 resp. 12 zijn verbonden met smoor- of regelkleppen 6 en 7, waarvan de ene werkt als een induceertoestel en de andere als een regelklep. Beide regelkleppen 6 en 7 zijn voorzien van twee inlaten, een voor 800 23 08

Ut' >, - 4 - de resp. leidingen 11 en 12 en de andere voor filters 8 en 9. Beide kleppen zijn tevens voorzien van een uitlaat.

Tijdens de werking, wanneer gecomprimeerde lucht via de leiding 10 naar de statische turbulentiegenera-5 tor 5 wordt gevoerd, wordt de lucht verdeeld in twee stromen, die via uitlaten of uitlaatleidingen 11 en 12 in tegengestelde richtingen stromen. In de statische turbulentiegenera-tor 5, wordt de druk van cë lucht of het medium omgezet in snelheid hetgeen tengevolge van het afnemen van de druk een 10 temperatuursverlaging veroorzaakt. Wanneer de snelheid in de statische turbulentiegenerator 5 voldoende is toegenomen, volgt de lucht via de uitlaten, twee wegen. Een deel van het medium stroomt via een gecalibreerd kanaal of induceertoestel 7 en het andere deel stroomt via de regelklep 6 die jn de 15 uitlaatleiding een hogere temperatuur veroorzaakt die op zijn beurte^Pergroting van het volume van het medium of de lucht veroorzaakt.Hierdoor ontstaat een toename van de meeneemsnel-heid van de stroming door het gecalibreerd kanaal die zodoende warmte van de omgeving opneemt.

20 In Fig. 3 is de statische turbulentiegene rator 5 in detail weergegeven. De statische turbulentiegenerator 5 heeft een inlaat voor de leiding 10 en twee uitlaten voor de leidingen 11 en 12. De generator bestaat uit een centrale bus of cilinder 13 waarin een cilindrische ruimte 14 25 aanwezig is. In de cilinder 13 is een scheider 15 gemonteerd, die een deel 16 met een kleine diameter, een flens 17 alsmede een uitlaatdiffusor 18 bevat. Tussen het deel 16 met de kleine diameter en de binnenzijde van de cilinder 13 is een ringvormige ruimte vrijgelaten die deel uitmaakt van de ruimte 14.

30 Aan één van de uiteinden van het deel 16 met de kleine diameter is een waaier 19 aangebracht, die het duidelijkst zichtbaar 'is in Fig. 4. De vaste waaier 19 omvat een aantal schoepen die cfe lucht vanuit de ringvormige ruimte 14 radiaal naar binnen toe geleiden. In een uiteinde van de cilinder 13 is een be-35 vestigingsmoer 21 geschroefd, die tegen een flens 20 van de leiding 11 aanligt en zodoende de scheider 15 binnen de cilinder 13 vastzet. De scheider 15 omvat een diffusor 22,die loopt van een opening met een kleine diameter nabij de vaste waaier 19 en die zich naar de leiding 11 toe verwijdt.

800 2 3 08 - 5 -

Tijdens de werking stroomt gecomprimeerd medium of lucht via de leiding 10 in de ringvormige ruimte 14. Vervolgens stroomt de lucht via de openingen tussen de schoepen van de waaier 19 door waarbij de turbulentie toeneemt. De lucht 5 verdeelt zich dan in twee tegenovergestelde stromingen, één naar de leiding 12 en de andere naar de leiding 11. De naar de leiding 11 gevoerde lucht stroomt door de diffusor 22, en ondergaat een temperatuurverlaging tengevolge van het afnemen van de druk. Het zal duidelijk zijn dat het aantal en de helling 10 van de schoepen van de waaier 19 kunnen worden gewijzigd teneinde de eigenschappen van de betreffende statische turbu-lentiegenerator 5 te veranderen. Tevens wordt opgemerkt dat de generator een stijve constructie heeft zonder bewegende delen.

15 Hoewel de in de doorgang 22 aanwezige lucht aan het onderste uiteinde hiervan (Fig. 3) wordt gekoeld ten gevolge van de divergentie van de diffusor 22, wordt deze lucht aan het bovenste uiteinde hiervan nabij de leiding 12 verwarmd. Fig. 5 toont de smoorklep 7 die werkt als een 20 induceertoestel in zijn geopende stand voor het koelen. Het induceertoestel 7 omvat een cilinder of bus 25, die is voorzien van een inlaatopening 26 voor lucht of medium en van een gat 27· In de opening 26 kan een filter zijn gemonteerd.

De uitlaat van het induceertoestel 7 bevat een cilinder 28 25 die is voorzien van een divergerende uitlaatopening 29. De cilinder 28 heeft schroefdraad 30, die samenwerkt met de inwendige schroefdraad 31 van de bus 25. De cilinder 28 kan zodoende in en uit de bus 25 worden bewogen teneinde de afstand 'tussen de opening 26 en het stroomopwaartse uiteinde 30 32 van de cilinder 28 te variëren. De ruimte tussen het uiteinde of de mond 32 en de opening 26 omvat een ringvormig gecalibreerd kanaal 33.

De lucht of het medium stroomt onder druk via de uitlaatleiding 12 van de statische turbulentiegenerator 35 5 in het induceertoestel 7 en wel in de ringvormige ruimte tussen het deel 34 van de cilinder 28 met een kleine diameter en binnenzijde van de bus of cilinder 25. De lucht stroomt vervolgens om de mond 32 van de cilinder 28 en door het gecalibreerd kanaal. De grootte van het gecalibreerd kanaal kan 800 2 3 08 ψ - 6 - natuurlijk· worden gevarieerd door de cilinder 28 verder of minder ver in de bus 25 te schroeven. De met hoge snelheid om dbrmond 32 stromende lucht induceert de omgevingslucht, die via de luchtinlaat 26 naar binnen stroomt. Het gat 27 induceert 5 in dit verband een mengsel van buitenlucht met lucht van een hoge snelheid. Het mengsel stroomt hierna door de divergerende uitlaatopening 29. Op deze wijze wordt de buitenlucht gekoeld door inductie en door de drukverlaging van het mengsel van buitenlucht en lucht met een hoge snelheid.

10 Fig. 6 toont de andere smoorklep 6, die in deze uitvoeringsvorm fungeert als een klep voor het regelen van de luchtstroom naar het induceertoestel 7. In Fig. 6 is de cilinder 28’ met schroefdraad zover in de bus 25' geschroefd dat de luchtinlaat 26’ door de mond 32’ is afgesloten.

15 In Fig. 2 is een uitvoeringsvorm van het systeem voor het overdragen van warmte weergegeven met een gesloten kringloop. In deze uitvoeringsvorm voert een compressor 1f medium onder druk naar een warmtewisselaar 3'. Het medium onder druk wordt vervolgens naar de statische turbu-20 lentiegenerator 5’ gevoerd en in twee stromen verdeeld, waarvan de ene naar een tweede warmtewisselaar 3* * en de ander naar de regelklep 6’ loopt. Stroomafwaarts van de klep 6’ wordt de stroom verdeeld over een leiding 35 en een leiding 36. De leiding 35 leidt het medium terug naar de tweede warmte-25 wisselaar 3U en de leiding 36 leidt het medium terug naar de compressor 1’. Een ventilator 40 voert lucht langs de tweede warmtewisselaar 3" voor het koelen hiervan.

- conclusies - 800 2 3 08

Claims

1. Systeem voor het uitwisselen van warmte, gekenmerkt door een compressor met een inlaat voor het aanvoeren van een samendrukbaar medium en een uitlaat, een statische turbuientiegenerator die is voorzien van een in-5 laat die in verbinding staat met de uitlaat van de compressor en van een eerste en een tweede uitlaat, welke statische turbuientiegenerator gecomprimeerd medium van de compressor ontvangt en de druk van het medium omzet in kinetische energie door het vergroten van de snelheid hiervan, een induceertoestel met 10 een eerste inlaat, die is verbonden met de eerste uitlaat van de statische turbuientiegenerator en een tweede inlaat voor het toevoeren van extra samendrukbaar medium en een uitlaat, welk induceertoestel is voorzien van een gecalibreerd kanaal voor het door de tweede inlaat induceren van extra medium, 15 een regelklep die is verbonden met de tweede uitlaat van de statische turbuientiegenerator voor het regelen van de medium-stroom naar het induceertoestel.

2. Systeem volgens conclusie 1, gekenmerkt door een warmtewisselaar die is aange-20 bracht tussen de uitlaat van compressor en de inlaat van de statische turbuientiegenerator.

3. Systeem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de statische turbuientiegenerator is voorzien van een bus, 25 in welke bus een schelder is aangebracht die ten minste is voorzien van een deel dat een ruimte tussen de bus en de scheider vrij laat, welke scheider is voorzien van een diffu-sor met een toenemende diameter die loopt van de inlaat van de statische turbuientiegenerator tot cë tweede uitlaat van de 30 statische turbuientiegenerator, en de scheider stroomopwaarts van de genoemde diffuser is voorzien van een vaste waaier,

4. Systeem .volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het induceertoestel is voorzien van een bus in welke bus 35 middelen zijn aangebracht die een gecalibreerd kanaal vormen tussen de genoemde eerste inlaat van het induceertoestel en de 800 2 3 08 - 8 - uitlaat, waarbij het extra medium wordt gemengd met het medium van de eerste inlaat, en stroomafwaarts van het gecalibreerde kanaal middelen zijn aangebracht die een divergerende leiding vormen.

5. Systeem volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de bus is voorzien van osn gat voor het mengen van lucht, welk gat in verbinding staat met het gecalibreerdb kanaal.

6. Systeem volgens conclusie 1, 10gekenmerkt dat het induceertoestel is voorzien van een tweede warmtewisselaar met een inlaat die is verbonden met de eerste uitlaat van de statische turbulentiegenerator en met een uitlaat die is verbonden met de inlaat van de compressor.

7. Systeem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de regelklep is voorzien van een inlaat die is verbonden met de tweede uitlaat van de statische turbulentiegenerator en van een uitlaat die is verbonden met de uitlaat van de tweede 20 warmtewisselaar. 800 2 3 08