NO332364B1

NO332364B1 - Anordning for varmeutveksling

Info

Publication number: NO332364B1
Application number: NO20101427A
Authority: NO
Inventors: Almar Markussen
Original assignee: Heatwork As
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-09-03
Also published as: RU2569388C2; NO20101427A1; EP2627833A4; RU2013119472A; EP2627833A1; WO2012050454A1; EP2627833B1

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelsen angår en anordning for varmeutveksling. Mer spesielt angår oppfinnelsen en anordning for varmeutveksling i et overvannssystem. Oppfinnelsen angår også en anordning for varmeutveksling på en bygg- og anleggsplass.

BAKGRUNN

EP 1777349 (søker HeatWork AS) beskriver et system for tining av et frossent

bakkeareal som omfatter en beholder for lagring av et varmemedium som sirkuleres i en slange som er utplassert for oppvarming av bakken. En kjele er tilveiebrakt med en brenner for oppvarming av varmemediet, hvor kjelen er koblet til beholderen for lagring av varmemediet, og hvor en pumpe anvendes til sirkulering av varmemediet gjennom slangen plassert på bakken som skal oppvarmes. Systemet omfatter flere slanger som er koblet sammen for å tilveiebringe en effektiv tining av et større bakkeareal.

Overvannssystemer for drenering av overflatevann fra veier, bygninger etc er sårbare for frostperioder som har lavere temperatur eller lengre varighet enn det klimaet dreneringssystemet er designet for. Spesielt variasjon mellom kald temperatur og nedbør i form av regn kan gjøre at disse overvannsystemene fryser fullstendig til, noe som forårsaker at infrastruktur som veier, jernbaner, bygninger etc. nær de frosne dreneringssystemene blir oversvømt av vann.

Systemet beskrevet i EP 1777349 er ikke passende til å tine frosne overvannssystemer, siden dette systemet krever tining fra overflaten av bakken. Dermed er systemet ineffektivt i å tine dreneringssystemer som er nedgravd under jordoverflaten, siden jorden mellom jordoverflaten og dreneringssystemet må tines først.

Den vanlige måten å tine frosne dreneringssystemer på er å spraye vanndamp i en tilgjengelig ende av det frosne dreneringssystemet for å tine eller avise dreneringssystemet, bruk av salt, bruk av strøm-/varmekabler, eller gravemaskin. Disse fremgangsmåtene er ikke veldig effektive og kan ta svært lang tid. Videre må noen av disse operasjonene overvåkes kontinuerlig og/eller utføres av en operatør.

US 2010/0059198 viser et system for konfigurering av jordprober for å motta termisk energi fra bakken eller for å tilføre termisk energi til bakken.

US 2010/0218912 viser et varmeutvekslingssystem med rør stukket ned i bakken for varmeutveksling med bakken. Varmeutvekslingssystemet er stasjonært anbrakt i bakken og er ikke mobilt.

Videre viser US 5181655 et mobilt varmesystem for tining av frossen grunn. Her er det vist rørsystemer som stikkes ned i bakken, hvorigjennom det mobile varmesystemet pumper varmt vann sammen med frostvæske gjennom.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for varmeutveksling i et overvannssystem, som er mer effektiv enn dagens løsninger. Et annet formål er at anordningen skal ha et lukket system, uten tilførsel av vann eller andre væsker til selve overvannsystemet. Systemet vil også være velegnet til å tine opp lange grøfter og rørstrekninger.

Et annet formål er å tilveiebringe en robust og pålitelig koblingsanordning for en slik anordning.

På en bygg og anleggsplass er herding av betong er en prosess som betyr mye for kvaliteten på den ferdige betongen. Temperatur og fuktighet er parametere som påvirker herdeprosessen, og særlig streng kulde er uønsket. Foreliggende oppfinnelse er derfor også relatert til varmeutveksling med betong for å kontrollere temperaturen til betongen under herding.

Andre formål og bruksområder er tining for graver på kirkegårder, tining og frostsikring av tilslagsmaterialer og byggematerialer, varmeoverføring til borehull etc.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelsen angår en anordning for varmeutveksling i et overvannssystem, omfattende: et varmeutvekslingselement hvor varmeutvekslingselementet omfatter en ytre røranordning og en indre røranordning, hvor den indre røranordningen er tilveiebrakt inne i den ytre røranordningen;

en koblingsanordning som tilveiebringer en fluidkommuniserende kobling mellom varmeutvekslingselementet, en første fluidkonnektor og en andre fluidkonnektor;karakterisert vedat koblingsanordningen omfatter et ytre koblingsgrensesnitt for kobling av varmeutvekslingselementet til den andre fluidkonnektoren og et indre koblingsgrensesnitt for kobling av varmeutvekslingselementet til den første fluidkonnektoren;

hvor den ytre røranordningen omfatter en første ende tilkoblet det ytre koblingsgrensesnittet og en andre ende som er lukket;

hvor den indre røranordningen omfatter en første ende tilkoblet det indre koblingsgrensesnittet og en andre ende som er åpen;

hvor anordningen er konfigurert slik at et varmeutvekslingsmedium kan sirkulere gjennom den første fluidkonnektoren, den indre røranordningen, den ytre røranordningen og den andre fluidkonnektoren;

hvor den ytre røranordningen omfatter et rørelement som er buet eller vinklet og et rørelement som er vesentlig sylindrisk;

hvor den indre røranordningen omfatter et fleksibelt rørelement.

I et aspekt av oppfinnelsen er den ytre røranordningen stiv.

I et aspekt av oppfinnelsen er den ytre røranordningen laget av aluminium eller liknende materiale.

I et aspekt av oppfinnelsen er varmeutvekslingselementet konfigurert til å bli tilveiebrakt inne i eller inntil overvannssystemet og hvor den første og andre fluidkonnektoren er konfigurert til å bli tilveiebrakt tilgjengelig utenfor overvannssystemet.

I et aspekt av oppfinnelsen omfatter koblingsanordningen et legeme med et sylindrisk utragende parti, hvor det sylindrisk utragende partiet har en vesentlig sirkulær endeflate.

I et aspekt av oppfinnelsen omfatter det ytre koblingsgrensesnittet et utvendig gjenget område hos det sylindrisk utragende partiet.

I et aspekt av oppfinnelsen omfatter det indre koblingsgrensesnittet et innvendig gjenget parti i en første, sirkulær åpning i den vesentlig sirkulære endeflaten.

I et aspekt av oppfinnelsen er den sirkulære åpningen i fluidforbindelse med en første sideåpning for tilkobling til den første fluidkonnektoren.

I et aspekt av oppfinnelsen omfatter koblingsanordningen en andre åpning i den sirkulære endeflaten, hvor den andre åpningen er i fluidforbindelse med en andre sideåpning for tilkobling til den andre fluidkonnektoren.

I et aspekt av oppfinnelsen er den andre enden av den indre røranordningen anbrakt i en avstand nært den andre enden av den ytre røranordningen.

Oppfinnelsen angår også et overvannssystem omfattende et overvannsførende legeme, hvor overvannssystemet omfatter en anordning i samsvar oppfinnelsen eller aspektene av denne nevnt ovenfor tilveiebrakt inne i eller inntil minst deler av det overvannsførende legemet.

DETALJERT BESKRIVELSE

I det følgende vil utførelsesformer av oppfinnelsen bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av en første utførelsesform; Fig. 2 viser et splittriss av utførelsesformen i fig. 1; Fig. 3 viser et tverrsnitt av utførelsesformen i fig. 1; Fig. 4 viser et perspektivriss av koblingsanordningen i fig. 1; Fig. 5 viser et tverrsnitt av koblingsanordningen i fig. 4; Fig. 6a illustrerer hvordan oppfinnelsen kan anvendes for tining av en stikkrenne under et veilegeme; Fig. 6b illustrerer en detalj i fig. 6a;

Fig. 7 viser en andre utførelsesform.

Det henvises nå til fig. 1, som viser en utførelsesform av en anordning 1 for varmeutveksling i et overvannssystem.

Uttrykket overvannsystem anvendes her om systemer som leder overvann, eksempelvis nedbør i form av regnvann eller smeltet snø/is, vannførende kanaler i form av bekker, elver etc, vann fra vannlekkasjer etc.

Eksempler på overvannssystemer er dreneringssystemer slik som kulverter, stikkrenner, dreneringsrør etc. Et overvannssystem kan også omfatte en grøft fylt med drenerende masser, slik som sand, grus eller liknende.

På en byggeplass hvor det skal støpes betong, kan betongen blandes på byggeplassen. Tilslagsmaterialer som sand og pukk til betongen vil ofte bli lagret på byggeplassen. Under kalde forhold vil disse tilslagsmaterialene kunne fryse sammen med vann, og dette gjør håndtering og oppmåling av korrekt mengde av massene vanskelig. Videre er vanninnholdet i betongen med på å bestemme egenskapene til betongen, og dette blir vanskeligere dersom massene inneholder frossent vann.

Et overvannssystem omfatter i denne sammenheng altså et overvannsførende legeme som nevnt ovenfor. Det overvannsførende legemet kan også omfatte en mengde med masse i form av grus, sand, pukk eller andre vannførende masser.

Anordningen 1 omfatter et varmeutvekslingselement 2, en koblingsanordning 3, en første fluidkonnektor 4 og en andre fluidkonnektor 5, som vist i fig. 1.

Varmeutvekslingselementet 2 utveksler varme med omgivelsene, slik som overvannssystemet beskrevet ovenfor. Varmeutvekslingselementet 2 omfatter en ytre røranordning 10 og en indre røranordning 20.

Den indre røranordningen 20 er tilveiebrakt inne i den ytre røranordningen 10.

I den første utførelsesformen er den ytre røranordningen 10 stiv, det vil si at den er laget av et stivt materiale. Dette gjør at den tåler ytre påkjenninger og at sirkulering av en væske ikke hindres. Den ytre røranordningen 10 er tilveiebrakt av et materiale egnet for varmeutveksling med omgivelsene. Den ytre røranordningen 10 kan være laget av aluminium eller et liknende materiale.

Den ytre røranordningen 10 omfatter en første ende 10a tilkoblet koblingsanordningen 3 og en andre ende 10b som er lukket.

Den ytre røranordningen 10 kan omfatte flere rørelementer 11.1 fig. 2 er det vist at den ytre røranordningen 10 kan omfatte to vesentlig sylindriske rørelementer lia, 11b og et enderørelement lic som lukker den andre enden 10b av røranordningen 10. Rørelementene lia, 11b, lic kan skrues sammen ved hjelp av respektive innvendige og utvendige gjengede partier. På denne måten oppnås det at lengden til varmutvekslingselementet 2 kan varieres ut fra behov ved å skru på eller skru av rørelementer 11. Det er også mulig å anvende rørelementer 11 som er buede eller vinklede for å tilpasse varmeutvekslingselementet 2 til overvannssystemet.

I den første utførelsesformen omfatter den indre røranordningen 20 et fleksibelt rørelement 21, det vil si at det er laget av et fleksibelt materiale. Eksempelvis er rørelementet 21 laget av et plastmateriale, gummi etc. En indre røranordning 20 med et fleksibelt rørelement 21 er fordelaktig særlig når det anvendes buede eller vinklede rørelementer 11, da dette forenkler sammenstilling av anordningen 1, dvs innsetting av den indre røranordningen 20 inn i den ytre røranordningen 10.

Den indre røranordningen 20 omfatter en første ende 20a tilkoblet koblingsanordningen 3 og en andre ende 20b som er åpen.

I fig. 3 er det vist hvordan den indre røranordningen 20 er tilveiebrakt inne i den ytre røranordningen 10. Den andre enden 20b av den indre røranordningen 20 er anbrakt i en avstand nært den andre enden 10b av den ytre røranordningen 10.

I fig. 3 er det også vist at enderørelementet lic omfatter en innvendig fremskytende tapp 12 som rager mot åpningen av den indre røranordningen 20. Tappen 12 bidrar til en gunstig sirkulering av varmeutvekslingsfluid mellom den indre røranordningen 20 og den ytre røranordningen 10.

Koblingsanordningen 3 vil nå bli beskrevet med henvisning til fig. 2-5.

Koblingsanordningen 3 tilveiebringer en fluidkommuniserende kobling mellom varmeutvekslingselementet 2, den første fluidkonnektoren 4 og den andre fluidkonnektoren 5. Koblingsanordningen omfatter et ytre koblingsgrensesnitt 31 for kobling av varmeutvekslingselementet 2 til den andre fluidkonnektoren 5 og et indre koblingsgrensesnitt 32 for kobling av varmeutvekslingselementet 2 til den første fluidkonnektoren 4. Den første enden 10a av varmeutvekslingselementet 2 er koblet til det ytre koblingsgrensesnittet 31. Den første enden 20a av den indre røranordningen 20 er tilkoblet det indre koblingsgrensesnittet 32.

Det henvises nå til fig. 4 og 5.

Koblingsanordningen 3 omfatter et legeme 30 med to koblingsgrensesnitt i form av sideåpninger 37, 38 for kobling til den første og den andre fluidkonnektoren 4, 5.1 fig. 5 er det vist at åpningene 37, 38 er tilveiebrakt på hver side av legemet 31. Aksen A er en linje mellom sentrum av åpningen 37 og sentrum av åpningen 38.

Legemet omfatter videre et sylindrisk utragende parti 35, hvor det sylindrisk utragende partiet 35 har en vesentlig sirkulær endeflate 36. Endeflaten 36 er her parallell med aksen A.

Det ytre koblingsgrensesnittet 31 for tilkobling til den første enden 10a av den ytre røranordningen 10 omfatter et utvendig gjenget område hos det sylindrisk utragende partiet 35. Det utvendig gjengede området hos det ytre koblingsgrensesnittet 31 er tilpasset til å bli skrudd sammen med et innvendig gjenget parti hos rørelementet lia.

Det indre koblingsgrensesnittet 32 for tilkobling til den første enden 20a av den indre røranordningen 20 omfatter et innvendig gjenget parti i en første, sirkulær åpning 34 i den sirkulære endeflaten 36. Den sentrale lengdeaksen B til åpningen 34 er vinkelrett på den sirkulære endeflaten 36. Den sirkulære åpningen 34 er i fluidforbindelse med den første sideåpningen 37 for tilkobling til den første fluidkonnektoren 4. Som vist i fig. 5 har fluidforbindelsen et bend på 90°.

Koblingsanordningen 3 omfatter en andre åpning 33 i den sirkulære endeflaten 36. Den sentrale lengdeaksen C til åpningen 33 er vinkelrett på den sirkulære endeflaten 36. Den andre åpningen 33 er i fluidforbindelse med den andre sideåpningen 38 for tilkobling til den andre fluidkonnektoren 5. Som vist i fig. 5 har fluidforbindelsen et bend på 90°.

Det henvises nå til fig. 2. Her er det vist at den indre røranordningen 20 omfatter rørfesteanordninger 22 for festing av rørelementet 21 til det indre koblingsgrensesnittet 32, dvs. det innvendig gjengede partiet i den første åpningen 34.

Det er også anbrakt en rørfesteanordning 42 for festing av fluidkonnektoren 4 til åpningen 37 i koblingsanordningen 3. På tilsvarende måte er det anbrakt en rørfesteanordning 52 for festing av fluidkonnektoren 5 til åpningen 38 i koblingsanordningen 3.

Rørfesteanordningene 22, 42, 52 kan omfatte skrueforbindelser, klemmeforbindelser og pakninger for å tilveiebringe en tett og robust fluidforbindelse mellom koblingselementet 3 og den indre røranordningen 20.

Hos anordningen 1 er varmeutvekslingselementet 2 konfigurert til å bli tilveiebrakt inne i eller inntil overvannssystemet og hvor den første og andre fluidkonnektoren 4, 5 er konfigurert til å bli tilveiebrakt tilgjengelig utenfor overvannssystemet.

Et eksempel på dette er vist i fig. 6. Her er det vist et overvannssystem omfattende en vannførende kanal 60 ved siden av en vei 61, samt en stikkrenne 62 for føring av overvann fra kanalen 60 under veien 61. Varme vekslings elementet 2 er tilveiebrakt nede i kanalen 60 og gjennom stikkrennen 62. Den første og andre fluidkonnektoren 4, 5 stikker opp av kanalen 60 og er dermed tilgjengelig utenfor overvannssystemet. I fig. 6a er det illustrert at overvannet i kanalen 60 og stikkrennen 62 er frosset til is.

Fluidkonnektorene 4 og 5 er tilveiebrakt for tilkobling til slangeforbindelser 71a, 71b tilkoblet et varmeutvekslingsfluidsirkulerende system 70, for eksempel et varmeutvekslingsfluidsirkulerende system 70, som beskrevet i EP 1777349.

Anordningen 1 er konfigurert slik at et varmeutvekslingsmedium kan sirkulere gjennom den første fluidkonnektoren 4, den indre røranordningen 20, den ytre røranordningen 10 og den andre fluidkonnektoren 5.1 fig. 6a forsyner det varmeutvekslingsfluidsirkulerende systemet 70 oppvarmet varmeutvekslingsfluid, eksempelvis vann, til fluidkonnektoren 4, fluidet føres deretter gjennom åpningen 37 videre til den indre røranordningen 20 via åpningen 34. Fluidet strømmer ut av åpningen i den indre røranordningen 20 og tilbake gjennom den ytre røranordningen

10 til og videre gjennom åpningen 33 og videre til fluidkonnektoren 5 via åpningen 38. Dette vil medføre at etter en stund så vil isen i deler av kanalen 60 og i stikkrennen 62 smelte. Dette skjer uten tilførsel av fluid til omgivelsene, siden det varmeutvekslingsfluidsirkulerende systemet 70 og anordningen 1 danner et lukket system.

I beskrivelsen over er uttrykket varmeutvekslende fluid brukt. I enkelte sammenhenger kan det samme systemet også anvendes til å fjerne varme fra overvannssystemer.

Det henvises nå til fig. 7 og fig. 2 som viser en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen. Her er både den indre røranordningen 20 og den ytre røranordningen 10 hos varmeutvekslingselementet 2 tilveiebrakt av et fleksibelt materiale, noe som kan være fordelaktig på enkelte anvendelsesområder.

For eksempel kan anordningen i fig. 1 eller fig. 7 stikkes ned i eller inn i åpninger i bakken eller i en masse (eksempelvis grus, sand, pukk etc) for varmeutveksling.

Anordningen 1 kan også anvendes for utveksling av varme på en bygg- og anleggsplass. For eksempel er herding av betong er en prosess som betyr mye for kvaliteten på den ferdige betongen. Temperatur og fuktighet er parametere som påvirker herdeprosessen, og særlig streng kulde er uønsket.

Anordningen 1 i fig. 1 eller i fig. 7 kan eksempelvis anordnes i kontakt med en forskalingsplate som ligger inntil betongen under herdeprosessen. Varme kan dermed tilføres betongen via forskalingsplatene.

Den foreliggende oppfinnelsen angår og så et overvannsførende legeme, hvor overvannssystemet omfatter en anordning 1 som beskrevet ovenfor tilveiebrakt inne i eller inntil minst deler av det overvannsførende legemet.

Den foreliggende oppfinnelsen angår også en koblingsanordning 3 for tilveiebringelse av en fluidkommuniserende kobling mellom et varmeutvekslingselement 2, en første fluidkonnektor 4 og en andre fluidkonnektor 5 som beskrevet ovenfor.

Claims

1. Anordning (1) for varmeutveksling i et overvannssystem, omfattende: et varmeutvekslingselement (2) hvor varmeutvekslingselementet (2) omfatter en ytre røranordning (10) og en indre røranordning (20), hvor den indre røranordningen (20) er tilveiebrakt inne i den ytre røranordningen (10); en koblingsanordning (3) som tilveiebringer en fluidkommuniserende kobling mellom varmeutvekslingselementet (2), en første fluidkonnektor (4) og en andre fluidkonnektor (5);karakterisert vedat koblingsanordningen (3) omfatter et ytre koblingsgrensesnitt (31) for kobling av varmeutvekslingselementet (2) til den andre fluidkonnektoren (5) og et indre koblingsgrensesnitt (32) for kobling av varmeutvekslingselementet (2) til den første fluidkonnektoren (4); hvor den ytre røranordningen (10) omfatter en første ende (10a) tilkoblet det ytre koblingsgrensesnittet (31) og en andre ende (10b) som er lukket; hvor den indre røranordningen (20) omfatter en første ende (20a) tilkoblet det indre koblingsgrensesnittet (32) og en andre ende (20b) som er åpen; hvor anordningen (1) er konfigurert slik at et varmeutvekslingsmedium kan sirkulere gjennom den første fluidkonnektoren (4), den indre røranordningen (20), den ytre røranordningen (10) og den andre fluidkonnektoren (5); hvor den ytre røranordningen (10) omfatter et rørelement (11) som er buet eller vinklet og et rørelement (11) som er vesentlig sylindrisk; hvor den indre røranordningen (20) omfatter et fleksibelt rørelement (21).

2. Anordning i samsvar med krav 1, hvor den ytre røranordningen (10) er stiv.

3. Anordning i samsvar med krav 2, hvor den ytre røranordningen (10) er laget av aluminium eller liknende materiale.

4. Anordning i samsvar med krav 1, hvor varmeutvekslingselementet (2) er konfigurert til å bli tilveiebrakt inne i eller inntil overvannssystemet og hvor den første og andre fluidkonnektoren (4, 5) er konfigurert til å bli tilveiebrakt tilgjengelig utenfor overvannssystemet.

5. Anordning i samsvar med krav 1, hvor koblingsanordningen (3) omfatter et legeme (30) med et sylindrisk utragende parti (35), hvor det sylindrisk utragende partiet (35) har en vesentlig sirkulær endeflate (36).

6 Anordning i samsvar med krav 5, hvor det ytre koblingsgrensesnittet (31) omfatter et utvendig gjenget område hos det sylindrisk utragende partiet (35).

7. Anordning i samsvar med krav 5 eller 6, hvor det indre koblingsgrensesnittet (32) omfatter et innvendig gjenget parti i en første, sirkulær åpning (34) i den vesentlig sirkulære endeflaten (36).

8. Anordning i samsvar med krav 7, hvor den sirkulære åpningen (34) er i fluidforbindelse med en første sideåpning (37) for tilkobling til den første fluidkonnektoren (4).

9. Anordning i samsvar med ett av kravene 1-8, hvor koblingsanordningen (3) omfatter en andre åpning (33) i den sirkulære endeflaten (36), hvor den andre åpningen (33) er i fluidforbindelse med en andre sideåpning (38) for tilkobling til den andre fluidkonnektoren (5).

10. Anordning i samsvar med krav 1, hvor den andre enden (20b) av den indre røranordningen (20) er anbrakt i en avstand nært den andre enden (10b) av den ytre røranordningen (10).

11. Overvannssystem omfattende et overvannsførende legeme, hvor overvannssystemet omfatter en anordning (1) i samsvar med et av kravene 1-10 tilveiebrakt inne i eller inntil minst deler av det overvannsførende legemet.