NO335952B1 - Energiutstyr til bruk under vann - Google Patents

Abstract

Energi-utstyr, f.eks. i form av en elektrisk transformatorstasjon, for bruk under vann omfattende varmeveksler-utstyr for spredning av varme til det omgivende vann. Utstyret kan anvende et hus med et hult rørformet element (50) som rager derigjennom eller kan benytte et arrangement med to kamre (111, 112) mellom hvilke et fluid sirkuleres.

Description

Denne oppfinnelse angår energiutstyr for bruk under vann, f.eks. under havet, idet slikt energiutstyr omfatter i det minste et energiapparat

I den sammenheng skal termen "energiapparat" generelt tolkes som dekkende alle former for kraftkilder, f.eks. maskiner og kraftoverføringsmekanismer (f.eks. mekaniske, elektriske, pneumatiske, hydrauliske), men oppfinnelsen er særlig egnet for energiutstyr omfattende et energiapparat i form av en elektrisk transformatorstasjon omfattende en transformator og dens tilknyttede reguleringsmekanisme.

I tidligere kjent patentdokument GB 1 604 978 er en transformator for bruk under vann anordnet i et hus som avgrenser et første oljefylt kammer. Et andre oljefylt kammer er adskilt fra det første kammeret ved hjelp av belger. For å gi rom for termisk ekspansjon av oljen blir trykk mellom det omgivende vann og det første kammeret, og også mellom kamrene, utlignet ved utløp/innløp av olje/vann fra/til det andre kammeret 8.1 det tidligere kjente patentdokument US 5,000,252 blir varme overført fra en varmekilde til omgivelsene via et mellomliggende kjølelegeme som innbefatter veggene til en tank.

Energiutstyr omfattende slike energiapparater vil alltid produsere energi i form av varme og det er nødvendig at varme fjernes fra utstyret, f.eks. ved ledning, konveksjon eller stråling.

Overfladisk sett kan det synes at det for energiutstyr brukt under vann ikke skal være noe særlig avkjølingsproblem siden vannet selv vil utgjøre et stort kjølelegeme. Imidlertid vil det for visse utstyr som produserer relativt store mengder varme være nødvendig å gjøre særskilte og spesifikke foranstaltninger for å sikre virkningsfull og effektiv fjerning av varme fra energiutstyret til det omgivende vann. Dessuten er vedlikehold og reparasjon av utstyr brukt under vann tidsforbrukende og dyrt, og det er behov for å sikre at slikt utstyr kan virke med lange vedlikeholdsintervaller.

Formålet med oppfinnelsen er å skaffe eller tilveiebringe energiutstyr med et effektivt avkjølings arrangement som vil virke med beliggenhet under vann og uten tilsyn i lange tidsperioder.

Det er tenkt at oppfinnelsen tilveiebringer energiutstyr for bruk neddykket i vann, hvor energiutstyret omfatter et ytre hus som omgir i det minste et energiapparat av en type som produserer varme under bruk, idet det ytre hus er i varmevekslerforbindelse med nevnte i det minste ene energiapparat for derved å sette nevnte i det minste ene energiapparat i varmevekslerforbindelse med vann som omgir det ytre hus når energiutstyret er neddykket.

Følgelig fremskaffer oppfinnelsen energiutstyr for bruk under vann, hvor energiutstyret omfatter et første kammer som inneholder i det minste ett energiapparat som, i bruk, produserer varme og et andre kammer i det minste delvis fylt med et fluid, idet det andre kammer er i varmeledende forbindelse med energiapparatet og som også har en vegg i kontakt med det omgivende vannet når energiutstyret er neddykket, hvorved varme produsert av energiapparatet overføres til det andre kammer og deretter overføres til det omgivende vann, kjennetegnet ved at både det første og det andre kammeret er i en trykktank.

Fluidet i det andre kammer kan være en væske, f.eks. vann.

Det andre kammer kan forbindes med et volumkompenseringsmiddel til hvilket væske kan strømme fra det andre kammer eller omvendt.

I en ytterligere utføring er det andre kammer bare delvis fylt med væske og et volum er avgrenset i det andre kammer over væsken; volumet over væsken kan forbindes med et evakueringsmiddel egnet til å redusere trykket i nevnte volum.

Det er også mulig å forbinde det andre kammer med rørmiddel til et varmevekslerarrangement som er anbragt nær energiapparatet; det første kammer kan ha et volum som rommer en ytterligere væske, og varmevekslerarrangementet kan omfatte et koaksialt rør-arrangement for strømmen av nevnte ytterligere fluid derigjennom. Videre kan det koaksiale rørarrangement omfatte et ytre rør som strekker seg utvendig fra det første kammeret og i berøring eller kontakt med nevnte omgivende vann, og et indre rør anbrakt inne i det ytre rør og som ender med en ende inne i det første kammer nær ved energiapparatet, idet nevnte ytterligere fluid under bruk av energiutstyret bevirkes til å strømme først inne i det indre rør og deretter mellom det ytre og indre rør.

Det andre kammer kan ha et kuppelformet element hvis ytre kuppelformede overflate sørger for at veggen er i berøring eller kontakt med det omgivende vann for overføringen av varme dertil fra fluidet i det andre kammer, og overflaten på det kuppelformede element i berøring eller kontakt med vannet kan utformes med korrugeringer, skovler eller ribber.

Bevegelse av fluidet i energiutstyret kan skje ved hjelp av naturlig sirkulasjon og/eller med tvungen sirkulasjon.

Utføringer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, ved hjelp av eksempel, med hen-visning til de vedføyde tegninger, i hvilke: Fig. 1 viser et sidesnittriss gjennom energiutstyr, i henhold til oppfinnelsen tilpasset for

bruk med beliggenhet under vann, særlig til havs;

Fig. 2-6 viser lignende sideriss av modifiserte versjoner av fig. 1.

Utstyret vil normalt posisjoneres stasjonært under vann, og i slik omstendighet kan det festes til en struktur så som en offshore borerigg, men det er særlig ment å skulle an-bringes på havbunnen.

I utføringen i fig. 1 omfatter energiutstyret en trykktank 110 som har et første kammer 111 omfattende det varmeproduserende energiapparat, og et andre kammer 112 i det minste delvis fylt med væske 120, f.eks. vann, metanol eller et vanlig kjølemedium. Det andre kammer 112 har en vegg 121 som kan anordnes vertikalt, horisontalt eller med en vinkel, etter behov, og et kuppelformet element 122 festet til eller integrert med veggen 121. Det andre kammer 112 er vist som utgjørende en høyre ende i trykktanken - det kan være et liknende kammer ved den venstre ende i tanken.

Nær, eller i det minste i varmeoverførende forbindelse med veggen 121 er anordnet det (de) varmeproduserende energiapparat(er) 113 i energiutstyret som f.eks. vil omfatte en kraftkilde, f.eks. en maskin og/eller overføringsutstyr, f.eks. i mekanisk, elektrisk, hydrau-lisk, pneumatisk form. Apparatet (apparatene) kan, hvis formålstjenlig være anbrakt på veggen 121. Varme fra varmekilden føres gjennom veggen 121 til væsken 120 i kammeret 112. Varmen føres gjennom væsken, og vil spres i det omgivende vann. Det vil selvsagt i en viss grad være naturlig sirkulasjon i væsken i kammeret 112 i tilknytning til varme-overføringen, og det forutsettes særlig at utstyret vil virke med bare naturlig sirkulasjon. Imidlertid kan kammeret 112 omfatte middel for tvungen sirkulasjon, f.eks. en pumpe eller hvirvler, og et magnetisk hvirvler-arrangement kan være formålstjenlig siden dette ikke krever utvendig tilkopling.

For å bidra til overføring av varme til det omgivende vann og øke arealet tilgjengelig for slik overføring, kan det kuppelformede element 122 være utformet med ribber, skovler eller korrugeringer.

Festet til kammeret 112 via et rør 115 er en kompensator 116, f.eks. omfattende en belg; skulle det være varmeindusert utvidelse av væsken til et volum større enn det i kammeret 112, kan væsken strømme til kompensatoren 116 og, på den andre side, utgjør volumet omgitt av belgen 116 et reservoar for væske for kammeret 112.

Utføringen i fig. 2 er forskjellig fra den i fig. 1 på den måte at ingen kompensator er anordnet og det er besørget at kammeret 112 bare delvis er fylt med væske. Følgelig er et rom eller volum 130 fri for væske utformet i den øvre del av kammeret 112 og ved opptaking av varme fra varmekilden er væsken i stand til å koke og avgi damp til rommet 130.

Dampen vil bidra med varmeoverføring til det utvendige vann og den latente varme påkrevet for å omgjøre væsken til damp i første hånd vil gi virkningsfull og effektiv varmeoverføring, idet den fordampede væske vil kondensere på overflaten av rommet i det kuppelformede element.

Utføringen vist i fig. 3 utgjør en modifikasjon av utføringen i fig. 2, i hvilken rommet 130 over varmeoverføringsvæsken er forbundet med en vakuumpumpe (ikke vist) som vil sikre at rommet 130 holdes under meget lavt trykk (f.eks. i størrelsesorden på 30mm Hg absolutt trykk), hvorved temperaturen ved hvilken væsken 120 koker blir redusert, slik at når trykket er 30mm Hg, vil vannet i kammeret koke ved omtrent 30°C. Vakuumpumpen er forbundet med volumet 130 via en ledning 140 innbefattende en ventil 141.

Utføringen i fig. 4 omfatter evakueringsledningen 140 i fig. 6, men i tillegg er anordnet et sirkulasjonsarrangement 105 hvorved væske fra kammeret 112 blir sirkulert gjennom en varmeveksler 160. Varmeveksleren 160 vil være anbrakt nær eller i det minste i varmeoverførende forbindelse med det varmeproduserende energiapparat 113 og væske bli påvirket til å strømme via ledningene 161,162 fra en nedre region i kammeret 111 gjennom varmeveksleren 160 og inn i rommet 130 ved toppen av kammeret; i varmeveksleren vil boblekoking opptre på grunn av det lave trykk i rommet 130.

I utføringen i fig. 5 er ledninger 171, 172 forbundet mellom kammeret 112 og en varmeveksler 170, men den øvre ledning 172 er tilkoblet en øvre region i væsken 120 fremfor rommet 130 med det reduserte trykk.

Fig. 6 representerer en modifikasjon av utføringen i fig. 5 hvori et ytterligere varmevekslerarrangement 180 er tilknyttet varmeveksleren 170, idet arrangement 180 omfatter et indre rør 181 og et ytre rør 182 med en ringformet passasje 183 utformet derimellom. Begge rør er lukket ved de øvre ender. Ved dets nedre ende er det indre rør 181 festet til en utvidet avtrekkskanal 184 som er anbrakt over og i det minste delvis omgir varmeveksleren 170. Trykktankkammeret 111 har et rom som rommer et fluid, vanligvis gass (f.eks. luft, eller nitrogen under trykk) og under drift blir det oppvarmet når det passerer over varmeveksler 170 og deretter passerer opp i det indre rør 181 og ned i den ringformede passasje 183 for å spre varme til det omgivende vann. Et eller begge rør 182,183 kan ha finner på en eller flere overflater for å bidra til varmespredning. Sirkulasjon av luft gjennom rørene kan være naturlig eller tvunget, f.eks. med en vifte.

Claims (12)

1. Energiutstyr for bruk under vann, omfattende: et første kammer (111) som inneholder i det minste ett energiapparat (113) som produserer varme under bruk, og et andre kammer (112) i det minste delvis fylt med et fluid (120), idet det andre kammer (112) er i varmeledende forbindelse med energiapparatet (113) og som også har en vegg (122) i kontakt med det omgivende vannet når energiutstyret er neddykket, hvorved varme produsert av energiapparatet (113) overføres til det andre kammer (112) og deretter overføres til det omgivende vann, karakterisert vedat både det første og det andre kammeret (111, 112) er i en trykktank (110).

2. Energiutstyr ifølge krav 1, hvor fluidet i det andre kammer (112) er en væske.

3. Energiutstyr ifølge krav 2, hvor væsken er vann.

4. Energiutstyr ifølge krav 2 eller krav 3, hvor det andre kammer (112) er forbundet med et volumkompenseringsmiddel (116) til hvilket væske kan strømme fra det andre kammer (112) eller omvendt.

5. Energiutstyr ifølge krav 2 eller krav 3, hvor det andre kammer (112) bare delvis er fylt med væske (120) og et rom eller volum (130) er avgrenset i det andre kammer (112) over væsken.

6. Energiutstyr ifølge krav 5, hvor rommet (130) over væsken er forbundet med et evakueringsmiddel (140, 141) egnet til å redusere trykket i nevnte rom (130).

7. Energiutstyr ifølge ethvert av krav 1-4, hvor det andre kammer (112) er forbundet via rørmiddel (162) med et varmevekslerarrangement (160) som er anbragt nær energiapparatet (113).

8. Energiutstyr ifølge krav 7, hvor det første kammer (111) har et rom eller volum som rommer eller inneholder et ytterligere fluid, og varmevekslerarrangementet (170,180) omfatter et koaksialt rørarrangement (181, 182) for strømmen av nevnte ytterligere fluid derigjennom.

9. Energiutstyr ifølge krav 8, hvor det koaksiale rørarrangement (181, 182) omfatter et ytre rør (182) som forløper utvendig fra det første kammer (111) og i berøring eller kontakt med nevnte omgivende vann, og et indre rør (181) anbrakt inne i det ytre rør (182) og som ender med en ende inne i det første kammer (111) nær energiapparatet (113), og hvor nevnte ytterligere fluid, i bruk av energiutstyret, blir påvirket til å strømme først inne i det indre rør (181) og deretter mellom det ytre (182) og indre (181) rør.

10. Energiutstyr ifølge ethvert av krav 1-9, hvor det andre kammer (112) har et kuppelformet element (122) hvis ytre kuppelformede overflate sørger for at veggen er i berøring eller kontakt med det omgivende vann for overføringen av varme dertil fra fluidet (120) i det andre kammer (112).

11. Energiutstyr ifølge krav 10, hvor overflaten til det kuppelformede element (122) i berøring eller kontakt med vannet, er utformet med korrugeringer, skovler eller ribber.

12. Energiutstyr ifølge ethvert av krav 1-11, hvor bevegelse av fluidet i energiutstyret skjer ved hjelp av naturlig sirkulasjon og/eller med tvungen sirkulasjon.