NO146511B - Varmeveksler, saerlig vannvarmer for bruksvann - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en varmeveksler, særlig en varmtvannp-beholder for oppvarming av bruksvann, nærmere bestemt en behold-

er av den art som er angitt i innledningen til patentkrav 1.

Slike varmevekslere kan brukes til oppvarming av bruksvann

og andre væsker ikke bare ved hjelp av fjernvarme-vann eller

-damp, men også ved utnyttelse av solvarme, jordvarme eller

i varmen i spillvann (prosessvann) av enhver art. For å oppnå enj økonomisk utnyttelse, er det viktig, at det brukte varmemediumj (i regelen avkjølt vann eller kondensat) forlater varmeveksleren med lavest mulig temperatur, og at temperaturen i vannmassen i: forrådsbeholderen ikke på noe sted er høyere enn nødvendig, for at det avtappete bruksvann kan ha den ønskete temperatur. I

andre typer varmevekslere enn den det her er tale om, har man i

forsøkt å oppnå dette ved å dele opp beholderen i to rom ved ! hjelp av en mellombunn, slik at man får et kaldere nederste | rom for kjøling og varmemottak fra varmemediet, umiddelbart før

det forlater varmeveksleren, og en øverste varmere del til supplerende oppvarming av bruksvannet gjennom varmevekslerens ' overdel.

Ved den foreliggende oppfinnelse tilstrebes det a oppnå en liknende hensiktsmessig temperaturfordeling i vannet i en forråds beholder, som er en enkel beholder med et enkelt indre rom, hvori det er plass til en hensiktsmessig elektrolytisk beskyttelse av rørsystemet og katodisk beskyttelse av beholderen, samtidig med at man unngår problemer med å skulle plassere en mellombunn og rørforbindelser mellom de rom som adskilles av denne.

Varmeveksleren ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at: det mellom innløps-fordelerrøret og utløps-samlerøret er an- i

bragt et antall rørspiralelementer som er slik utformet, at

hvert element har en øvre del, hvis totale overflate er vesentlig 'mind re enn den samlete varmeflate av elemente ts nedre del.

I den nedre del av hvert rørspiralelement kan det oppnås en vesentlig større avkjøling av varmemediet og ved oppdeling av varmelegemet i to etasjer eller trinn, oppnås dessuten en gunstig lagdeling av vannet i forrådsbeholderen etter temperatur, som følge av dempningen av den termosifoniske virkning. Med andre ord får man uten å bruke noen mellombunn og uten å skape hindringer for den elektrolytiske beskyttelse av beholderen og rørsystem en oppdeling, slik at forrådsbeholderens øverste del inneholder varmt vann, f.eks. med temperaturer på ca. 50-60°C klar til avtapping, mens den nederste del inneholder kaldere vann som oppvarmes etter hvert som det blir bruk for det.

Prinsippet ifølge oppfinnelsen kan kanskje uttrykkes på den måte, at man har kombinert et termisk effektivt virkende varmelegeme bestående av elementenes øvre del, med et termisk bremsende varmelegeme, bestående av elementenes nedre del i en og samme beholder, idet varmelegemenes innbyrdes volum eller varmeoverførings-kapasitet er tilpasset de aktuelledrrVésforhold.

Rørspiralelementene som inngår i de to varmelegemer, kan hensiktsmessig være standardelementer, og en varmeveksler kan da ifølge oppfinnelsen på enkel måte bygges opp ved at det mellom innløps-fordelerrøret og utløps-samlerøret er anbragt et mellomste fordeler-rør som er forbundet med den nedre ende av hvert rørspiralelements øvre del og med den øvre ende av hvert rørspiralelements nedre del, idet eksempelvis det nedre varmelegeme består av et større antall - f.eks. dobbelt så mange - rørspiralelementer som det øverste.

Det kan også ved en utførelsesform for varmeveksleren ifølge oppfinnelsen brukes forskjellig formete rørspiralelementer i de to varmelegemer, f.eks. kan rørspiralelementenes nedre del ha større diameter enn den øvre del. På denne måten oppnås ikke bare en ønsket stor varmeflate på den nedre del, men det er også større mulighet for at kalk, som har avleiret seg på den øvre del av elementene, og som løsner ved temperaturendring i disse, fritt kan synke ned til bunnen av beholderen, hvorfra den kan skilles ut gjennom en tappe-kran .

Strømningshastigheten for varmemediet gjennom den nedre del av elementene kan oppnås ved at rørspiralene har større tverrsnitt enn den øvre del.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser skjematisk et loddrett snitt gjennom en utførelses-form av varmeveksleren ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et vannrett snitt etter linjen II-II i fig. 1, og fig. 3 viser et loddrett snitt gjennom en annen utførelsesform for varmeveksleren.

Varmeveksleren som i tegningen er vist som eksempel, er en varmtvannsbeholder for oppbevaring og oppvarming av bruksvann ved hjelp av et varmemedium, så som damp eller varmt vann som strømmer gjennom et rørsystem i beholderen, og som f.eks. kan leveres fra et fjernvarmeanlegg eller en sentralvarmekjel.

Varmeveksleren består av en forrådsbeholder 1, som i bunnen

har en stuss 2 for tilkobling til en kaldtvannsledning og i toppen en stuss 3 for tilkobling til en ledning som fører til tappesteder for varmt bruksvann. Varmemediet i form av varmtvann eller damp føres inn i beholderen gjennom en utvendig stuss på et i beholderens øverste del anbragt ringformet innløps-fordelerrør 4, og etter at det er blitt avkjølt strømmer varmemediet ut gjennom en utvendig stuss på et utløps-samlerør 5 som er anbragt i beholderrommets nedre del. Innløps-fordelerrøret kan hensiktsmessig være anbragt i en avstand fra beholdertoppen, som omtrent svarer til 1/4 av beholderens volum.

Varmeoverføringsflaten, gjennom hvilken varmemediet avgir varme til vannet i forådsbeholderen 1, dannes av veggene i et antall skrue-linjeformet rørslanger, som i det følgende kalles rørspiralelementer.

Ved den varmeveksler ifølge oppfinnelsen som er vist i fig. 1

og 2 er varmeoverføringsflaten fordelt på 2 varmelegemer, nemlig et første varmelegeme, som er innskutt mellom utløps-samlerøret 5

og et ringformet -mellomste fordelerrør 6 for en første^Dppvarming av det kalde vann som strømmer inn gjennom stussen 2 og et andre varmelegeme som er innskutt mellom det mellomste fordelerrør 6 og innløps-fordelerrøret 4 for supplerende oppvarming av det varme bruksvann som tappes av gjennom stussen 3. I den viste utførelses-form består det nevnte andre varmelegeme av tre rørspiralelementer 7, mens det nevnte første varmelegeme består av seks varmespiralele-menter 8 med litt større diameter enn diameteren på rørspiralele-mentene 7.

Varmemediets strømningshastighet i det. første varmelegemet,

som dannes av spiralene 8, vil - forutsatt at alle spiraler har samme gjennomstrømningstverrsnitt - være bare halvparten så stor som strømningshastigheten i spiralelementet 7, slik at det vil kunne skje en større avkjøling av varmemediet i det nederste varmelegemet enn i det øverste. Gjennomstrømningen av varmemediet styres ved hjelp av en termostat 9, avhengig av temperaturen på vannet i forrådsbeholderens øverste del. Ved tapping av vann gjennom stussen 3 vil kaldere vann fra beholderens nederste del strømme opp rundt termostaten som åpner for tilførsel av varmemedium gjennom innløps-fordelerrøret 4, slik at vannet i beholderens øverste del varmes opp til brukstemperatur av det varmemedium som strømmer forholdsvis hurtig gjennom rørspiralene 7, mens det tilførte kalde vann i bunnen av beholderen forvarmes av det varmemedium som strømmer forholdsvis langsomt gjennom spiralelementene 8, og som først ved en forholdsvis lav temperatur forlater beholderen gjennom utløps-samlerøret 5. Varmemediet kan f.eks. være varmtvann som strømmer inn i innløps-fordelerrøret 4 ved en temperatur på ca. 60°C,før det strømmer inn i det mellomste fordelerrøret 6,

og som endelig avkjøles til en temperatur på f.eks. 25-30°C, idet det forlater beholderen gjennom utløps-samlerøret 5. Vannet i forrådsbeholderen 1 kan f.eks. strømme inn med en temperatur på

ca. 10°C og strømme ut gjennom utløpsstussen 3 med en temperatur på ca. 60°C.

Ved den varmeveksler ifølge oppfinnelsen som er vist i fig. 3, er varmeoverføringsflaten i., hvert rørspiralelement fordelt på en nedre del 8', som er forbundet til utløps-samlerøret 5, og en øvre del 7', som er forbundet til innløps-fordelerrøret 4. Ved den viste utførelsesform er den nedre del 8' av hvert rørspiralelement fram-stilt av et rør med større gjennomstrømningsdiameter og med større viklingsdiameter enn den øvre del 7'.

Også denne utforming medfører, at varmemediets strømnings-hastighet'i den nedre del 8' av rørspiralelementene er vesentlig mindre, f.eks. halvparten så stor, som strømningshastigheten i den øvre del 7', slik at det vil kunne skje en større avkjøling av varmemediet i den nedre del enn i den øvre del. Vannet i beholderens øverste del oppvarmes således til brukstemperatur av det varmemedium som strømmer forholdsvis hurtig gjennom den øvre del 7' av rør-spiralene, mens det tilførte kalde vann i bunnen av beholderen forvarmes av det varmemedium som strømmer langsommere i rør-spiralelementenes nedre del 8' og som først ved en forholdsvis lav temperatur forlater beholderen gjennom utløps-samlerøret 5.

Det skulle være klart, at tilpasningen av de to deleor av rørspiralelementene, slik at temperaturfallet i varmemediet i hver del tilpasses til de foreliggende driftsforhold, kan foretas på andre måter enn vist på tegningen. F.eks. kan varmeoverførings-flaten i den nedre del 8' økes ved bruk av mindre stigning, altså tettere plasserte spiralviklinger.

Foruten å oppnå en effektiv utnyttelse av varmen i varmemediet ved størst mulig nedkjøling av dette, er det med varmeveksleren ifølge oppfinnelsen gjort mulig å bevare fordelene ved oppvarming av bruksvannet ved hjelp av rørspiralelementer, samtidig med at man ved lagdelingen av forrådsvannet har oppnådd fordelene ved todelt beholdere, samtidig med at man har bibeholdt et sammen-hengende rom med plass til organer for elektrolytisk beskyttelse av beholder og rørsystem.

Claims (5)

1. Varmeveksler, særlig varmvannsbeholder for oppvarming av bruksvann og bestående av en forrådsbeholder med en i bunnen anbragt tilførselsstuss for vann eller annen væske som skal oppvarmes og en oventil anbragt utløpsstuss for den oppvarmete væsken samt med et rørsystem som er beregnet for gjennomstrømning med et varmeavgivende medium, så som damp eller varmt vann og som har et øvre innløps-fordelerrør og et nedre utløps-samlerør, som hver har en utvendig tilkoblingsstuss og som er innbyrdes forbundet ved hjelp av et antall vertikalt plasserte rørspiralelementer, d.v.s. skruelinjeformete rørslanger, som sammen danner forrådsbeholderens varmelegeme, karakterisert ved at det mellom innløps-fordelerrøret (4) og utløps-samlerøret (5) er anbragt et antall rørspiralelementer, som er slik utformet, at hvert element har en øvre del (7,7') hvis totale varmeflate er vesentlig mindre enn den samlete varmeflate til elementets nedre del (8, 8').

2. Varmeveksler i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det mellom innløps-fordelerrøret (4) og utløps-samlerøret (5) er anbragt et mellomste fordelerrør (6) som er

forbundet med den nedre ende a,v hvert rørspi,ralelements øvre del (7') og med den øvre ende av hvert rørspiralelements nedre del (8').

3. Varmeveksler i samsvar med krav 2, k a ra k t e r \-s e r t ved at det mellomste fordelerrør (6) er forbundet med utløps-samlerøret (5) gjennom et antall rørspiralelementer (8) som er vesentlig større enn - fortrinnsvis dobbelt så stor som - det antall rørspiralelementer (7) hvormed det er forbundet til innløps-fordelerrøret (4).

4. Varmeveksler i samsvar med krav 1-3, karakterisert ved at diameteren på rørspiralelementenes nedre del (8) er større enn diameteren på rørspiralelementenes øvre del (7').

5. Varmeveksler i samsvar med krav 1-4, karakterisert ved at en nedre del (8<1>) av rørspiralelementene har et gjennomstrømningstverrsnitt som er større enn gjennomstrømnings-tverrsnittet til rørspiralelementenes øvre del (7').