NO339309B1

NO339309B1 - Varmevekslersystem

Info

Publication number: NO339309B1
Application number: NO20141218A
Authority: NO
Inventors: Andreas Harald Aakre
Original assignee: Aakre Investor As
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2016-11-21
Also published as: EP3204695A1; WO2016056921A1; NO20141218A1; EP3204695A4

Description

Varmevekslersystem

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører området varmeoverføring. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen et varmevekslersystem som angitt i innledningen til krav 1.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Marine fartøyer, slik som båter, skip, offshore-plattformer og -anlegg, som opererer i miljøer der de kan være utsatt for temperaturer under frysetemperatur, må ha avisingsutstyr for å sikre at is ikke dannes på installasjoner slik som gangveier, stiger, trapper og rekkverk.

Kjent avisingsutstyr inkluderer elektrisk varmesporing, i hvilken elektriske varmekabler er enten bygd inn i installasjonen som skal varmes opp (f.eks. når det gjelder gangveier) eller festet til den med egnet mekanisk middel (f.eks. når det gjelder trapper eller stiger). Elektrisk varmesporing om bord på marine fartøyer er forbundet med visse ulemper. Generering av den nødvendige elektrisiteten er kostbart og bidrar til tapping av begrensede brenselforsyninger om bord. Det saltholdige miljøet og fartøyets bevegelser i sjøen har også tendens til å utsette varmekablene for mekaniske belastninger og korrosive prosesser, som over tid fører til kortslutning og jordfeil.

Kjent avisingsutstyr inkluderer også væskebaserte varmesystemer, der en oppvarmet væske sirkuleres gjennom et nettverk av slanger bygd inn i eller festet til installasjonen som skal varmes opp. Den oppvarmede væsken kan for eksempel være vann (oppvarmet av feks. skipets motor) eller en blanding av vann og glykol. Disse systemene omfatter generelt en varmekilde, en varmeveksler og en sirkulasjonspumpe som driver den oppvarmede væsken gjennom nettverket av slanger. Ettersom væsken gradvis mister varme når den strømmer gjennom slangene, ved dissipasjon inn i kjøleinstallasjonen, kreves kontinuerlig sirkulasjon, ofte med høye strømningsrater. Ulemper med slike væskebaserte systemer inkluderer et potensiale for lekkasjer, et kontinuerlig kraftbehov (feks. for sirkulasjonspumpen), og behov for hyppig vedlikehold.

Det er derfor behov for et avisingssystem som er mer pålitelig og effektivt enn systemene ifølge kjent teknikk.

US 2011/0061839 Al beskriver et bærbart varmevekslersystem for å varme opp en person som arbeider i kalde omgivelser. Sirkulasjon i systemet oppstår når fluidet endrer tetthet. US 2005/0254802 Al beskriver et mattesystem som benytter resirkulert varmluft til å smelte snø. En vifte besørger sirkulasjon av varmluft gjennom kanaler. JP 2002147062, US 2011/0271915 Al, og JPS 5668794 A beskriver andre typer varmevekslersystemer.

Sammendrag av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er fremsatt ogkarakteriserti hovedkravet, mens de uselvstendige kravene beskriver andre egenskaper ved oppfinnelsen.

Det er slik tilveiebrakt et varmevekslersystem, omfattende minst én gjenstand som skal varmes opp eller kjøles, og en varmeveksler, og hvori varmeveksleren er forbundet med den minst ene gjenstanden via varmeoverføringsmiddel og også forbundet med en varmekilde eller en kjølekilde, der gjenstanden omfatter minst ett kammer som er fluidforbundet med varmeveksleren via varmeoverføringsmiddelet, og kammeret er konfigurert for å romme en gass,karakterisert vedat gassen har en viss termisk konduktivitet, hvorved varmen overføres ved ledning i gassen, og ikke er avhengig av gass-sirkulasjon; og der er ingen sirkulasjonspumpe mellom varmeren og kammeret. I én utførelsesform er varmeren en varmeveksler, og varmeoverføringsmiddelet er en rørledning, og varmeveksleren er fluidforbundet med en varmekilde.

I én utførelsesform danner kammeret og varmeoverføringsmiddelet (9) et lukket volum. I én utførelsesform omfatter varmeoverføringsmiddelet et parti som strekker seg inn i varmeren.

Gjenstanden kan være et trinn i en trapp, et gangvei-/dekkelement eller et lastedekkelement. Systemet kan omfatte én eller flere innsatser som hver omfatter minst ett kammer, og hvori innsatsene omfatter sammenkoblingsmiddel.

I én utførelsesform er en flerhet gjenstander innbyrdes fluidforbundet. I én utførelsesform omfatter hvert kammer et rørformet element. Kammeret kan være dannet av et metall.

Systemet ifølge oppfinnelsen er særlig nyttig som avi singssy stem på et marint fartøy.

I bruk, når varmeveksleren er forbundet med en varmekilde, varmes gjenstanden opp. Når varmeveksleren er forbundet med en kjølekilde, kjøles gjenstanden.

Kort beskrivelse av tegningene

Disse og andre egenskaper ved oppfinnelsen vil fremgå ut fra følgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform, gitt som et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til de medfølgende tegningene, hvori: Figur 1 er et perspektivriss av en trapp som inkorporerer en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 2 er et sideriss og en delvis transparent tegning av trappen vist i figur 1; Figur 3 er et perspektivriss av et trinn i trappen illustrert i figur 1; Figur 4 er et planriss og en delvis transparent tegning av et parti av trappen vist i figur 1, som illustrerer en varmeveksler og et trappetrinn som inkorporerer oppfinnelsen; Figur 5 er et splittriss i perspektiv av en alternativ utførelsesform av et trappetrinn som inkorporerer oppfinnelsen; Figur 6 er et perspektivriss av et gangveielement som inkorporerer en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 7 er et planriss og en delvis transparent tegning av gangveielementet vist i figur 6; Figur 8a er et perspektivriss og en delvis gjennomskåret tegning av et lastedekk som inkorporerer en utførelsesform av oppfinnelsen, og figur 8b er en forstørrelse av området merket "D" i figur 8a.

Detaljert beskrivelse av en foretrukket utførelsesform

Den følgende beskrivelsen vil bruke betegnelser slik som "horisontal", "vertikal", "lateral", "frem og tilbake", "opp og ned", "øvre", "nedre", "indre", "ytre", "fremre", "bakre" etc. Disse betegnelsene refererer generelt til rissene og orienteringene som vist i tegningene, og som er forbundet med en normal bruk av oppfinnelsen. Betegnelsene anvendes kun som hjelp for leseren og skal ikke være begrensende. Figur 1 og 2 illustrerer en trapp 5 som inkorporerer en utførelsesform av oppfinnelsen, brukt som et avisingssystem på et marint fartøy (ikke vist). Trappen omfatter et antall trinn 6 og et gelender (rekkverk) 8 båret av stolper 10. Hvert trinn 6 er forbundet med dets tilstøtende trinn via et rør 16 på en måte som er beskrevet nedenfor. Ett av trinnene (i figurene, nedre trinn) er forbundet med en varmeveksler 4 via en rørledning 9. Henvisningstall 14, 15 angir rørledninger til en varmekilde (ikke vist), for eksempel oppvarmet vann fra det marine fartøyets maskiner. Det skal imidlertid forstås som at enhver varmekilde kan brukes. Figur 3 illustrerer et trappetrinn sett nedenfra. Under og forbundet med trappens rammeverk 11, er et antall rørformede elementer 3 anordnet. Disse elementene, som ikke nødvendigvis trenger å være rørformede, er i virkeligheten hule kamre, og vil derfor i det følgende også refereres til som slike. Kammer 3 er sammenkoblet via pasninger 13, slik at kamrene og pasningene danner ett hulrom. I utførelsesformen vist i figur 3 har dette hulrommet bare én åpning, dvs. konnektoren 12 med hvilken ovennevnte rørledning 9 (figur 1 og 2) kan forbindes.

Videre til figur 4, som illustrerer hvordan ett trinn 6 er forbundet med varmeveksleren 4, ses det hvordan rørledningen 9 strekker seg fra konnektoren 12 og inn i varmeveksleren 4. Røriedningsseksjonen 9a inni varmeveksleren 4 er stengt i enden 9b. Denne figuren illustrerer derfor hvordan kamrene 3, pasningene 13 og rørledningen 9, 9a danner et lukket volum. Varmeveksleren 4 kan være av en type som er kjent i teknikken. Utførelsesformen vist i figur 4 er bare et fartøy som har et fluidinnløp 14 og et fluidutløp 15.1 bruk sirkulerer derfor en væske, oppvarmet av for eksempel en maskin, gjennom varmeveksleren og leverer varme til rørledningsenden 9b, som er av et materiale med god termisk konduktivitet, for eksempel et metallmateriale.

Det skal forstås at en flerhet trinn 6 kan være sammenkoblet i serier via rør 16, for eksempel som vist i figur 2.1 denne konfigurasjonen vil det lukkede volumet omfatte kamrene 3 og pasningene 13 til hvert trinn 6, de sammenkoblede rørene 16 og rørledningen 9, 9a.

Selv om figur 1, 2 og 4 viser varmeveksleren 4 i nærheten av trappetrinnene til hvilke det tilveiebringes varme, skal det forstås at varmeveksleren i prinsippet kan være lokalisert hvor som helst på det marine fartøyet. Uansett er rørledningen 9 mellom varmeveksleren og trinnet 6 til hvilket den er festet, foretrukket forsynt med termisk isolasjon.

Et nøkkeltrekk ved oppfinnelsen er slik at det lukkede volumet bringes i kontakt med en varmekilde (feks. varmeveksleren), og at det lukkede volumet er konfigurert for å fylles med en gass som har en viss termisk konduktivitet. Varmen overføres slik av gassen som sådan, dvs. ved ledning inni gassen, og avhenger ikke av gass-sirkulasjon. I oppfinnelsen sirkuleres ikke gassen inni det lukkede volumet gjennom varmeveksleren (som påkrevd med kjente væskevarmere), og følgelig trenges ingen sirkulasjonspumpe. Tester har vist at gasstrykket øker proporsjonalt med økning i temperatur.

Figur 5 viser en alternativ utførelsesform av et trappetrinn 6', i hvilken kamrene 3 er bygd inn i trinnstrukturen. Figuren viser en flerhet kamre (stengt i hver ende), trappeforbindelsesbraketter 17, et rørledningsparti 9 som leder til varmeveksleren, og et rørparti 16 for forbindelse til etterfølgende trinn.

Videre med henvisning til figur 6 og 7, er oppfinnelsen også egnet for bruk i en gangvei eller et dekkelement 7 på et marint fartøy. I den illustrerte utførelsesformen omfatter elementet 7 (som kan være forbundet med et dekk (ikke vist)) en ramme 18 som holder to varmeinnsatser 19 forbundet i serier via en pasning 13. Hver innsats 19 omfatter et buktende kammer 3, og kamrene er sammenkoblet via en pasning 13. Kamrene 3 i den venstre (i figur 6 og 7) innsatsen er forbundet med en varmekilde (feks. en varmeveksler, ikke vist) via rørledningen 9. Selv om dette ikke er illustrert i figur 6 og 7, skal det forstås at flere gangvei- og/eller dekkelementer kan være forbundet i serier, via konnektorene 16, lignende til trinnene beskrevet ovenfor.

Lignende til trinnene beskrevet ovenfor, er kamrene 3 i innsatsene 19 konfigurert for å være gassfylte. Pasningene 13 og konnektorene 12 er av en type som er kjent i teknikken, og kan omfatte trykkdrevne ventiler som lukkes automatisk når det er frakoblet, og åpnes når de er koblet til en tilstøtende konnektor og/eller ledning. Derfor kan kammeret 3 til hver innsats 19 forhåndsfylles med den ønskede gassen (på en annen plassering) og installeres i elementet 7 ved å sammenkoble det med rørledningen 9 og (hvis aktuelt) andre innsatser. Det lignende modulære prinsippet gjelder også trappetrinnene beskrevet ovenfor.

Videre med henvisning til figur 8a og 8b, er oppfinnelsen også egnet for inkorporering i et lastedekk 20 på et marint fartøy. I den illustrerte utførelsesformen er bjelker 21 plassert på en dekkplate 22. Gassfylte kamre av typen beskrevet ovenfor er anordnet mellom bjelkene og er sammenkoblet og forbundet med en varmeveksler (ikke vist) på en måte som ligner den som er beskrevet ovenfor. Kamrene 3 er fiksert og beskyttet av holdeelementer 23, som også tjener som støtter for spiler 24 (av tre). Selv om dette ikke er illustrert, kan finner av et termisk ledende materiale være festet til holdeelementene og anordnet for å strekke seg mellom tilstøtende spiler.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet og illustrert med henvisning til et varmesystem, særlig for bruk som et marint avisingssystem, skal det forstås at andre anvendelser er mulig, både på land og offshore. For eksempel, med henvisning til figur 4, dersom varmeveksleren er forbundet med en kuldekilde (dvs. et kjølelegeme eller en beholder som absorberer energi), vil kamrene 3 fungere som et kjøleelement i kraft av det gassfylte lukkede volumet. Systemet ifølge oppfinnelsen er derfor i sin videste betydning et varmevekslersystem, hvori varmeveksleren er forbundet enten til en varmekilde eller en kjølekilde.

Innsatsene 19 og tilhørende deler vist i figur 6, eller ekvivalente varianter, kan for eksempel installeres som gulvelementer, veggelementer eller takelementer i et hvilket som helst rom, slik som en bro eller en lugar på et skip, en lastekontainer, og kan brukes som en varmer eller en kjøler, avhengig av om varmeveksleren er forbundet med en varmekilde eller en kjølekilde. Oppfinnelsen kan finne anvendelse i tilveiebringelse av desentraliserte temperaturstyringssystemer i f.eks. fasiliteter for å transportere og lagre produkter, batteripakker og boligkvarter.

Claims

1. Varmevekslersystem, omfattende minst én gjenstand (6; 6'; 7; 8) som skal varmes opp eller kjøles, og en varmeveksler (4), og hvori varmeveksleren er forbundet med den minst ene gjenstanden via varmeoverføringsmiddel (9) og også forbundet med en varmekilde eller en kjølekilde, der gjenstanden omfatter minst ett kammer (3, 13) som er fluidforbundet med varmeveksleren (4) via varmeoverføringsmiddelet (9), og kammeret er konfigurert for å romme en gass,karakterisert vedat gassen har en viss termisk konduktivitet, hvorved varmen overføres ved ledning i gassen, og ikke er avhengig av gass-sirkulasjon; og der er ingen sirkulasjonspumpe mellom varmeren og kammeret.

2. Varmevekslersystemet ifølge krav 1, hvori kammeret (3, 13) og varmeoverføringsmiddelet (9) danner et lukket volum.

3. Varmevekslersystemet ifølge krav 1, hvori varmeoverføringsmiddelet er en rørledning (9), og hvori varmeveksleren er fluidforbundet med en varmekilde eller en kjølekilde.

4. Varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori varmeoverføringsmiddelet (9) omfatter et parti (9a) som strekker seg inn i varmeveksleren (4).

5. Varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, hvori gjenstanden (6; 6') er et trinn i en trapp.

6. Varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av kravene 1 -4, hvori gjenstanden (7) er et gangvei element eller et gulvelement.

7. Varmevekslersystemet ifølge krav 6, hvori elementet (7) omfatter én eller flere innsatser (19) som hver omfatter minst ett kammer (3), og hvori innsatsene omfatter sammenkoblingsmiddel (18).

8. Varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av kravene 1 -3, hvori gjenstanden (8) er et lastedekkelement.

9. Varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori en flerhet gjenstander er innbyrdes fluidforbundet.

10. Varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori hvert kammer omfatter et rørformet element.

11. Varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori kammeret er dannet av et metall.

12 Anvendelse av varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av kravene 1-11, hvori varmeveksleren er forbundet med en varmekilde, hvorved gjenstanden varmes opp.

13. Anvendelse av varmevekslersystemet ifølge et hvilket som helst av kravene 1-11, hvori varmeveksleren er forbundet med en kjølekilde, hvorved gjenstanden kjøles.