NO821329L - Fremgangsmaate og anordning ved varmeopptagning fra en sjoebunn eller lignende. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning ved varmeopptagning fra en sjøbunn e.l., hvorved varme fra bunnen gjennom en rørledning avgis til et strømmende arbeidsfluid.um.

Varmeopptagende anordninger, såsom varmepumpeinstallasjo-nar, for tilgodegjørelse av lavverdig sjøvarme trenger vanligvis forholdsvis stor kapitalinnsats i forhold til den utvinn-bare energimengde. For i størst mulig utstrekning å bringe om-kostningene: ned, søker man etter enkle konstruksjoner av .bil-lig materiale. Rørledninger o.l. for opptagning og transport av varme fremstilles derfor vanligvis av plast.

Et vanlig problem' iried ledninger av denne art som er lagt ned i sjøer og vassdrag, er risikoen for at det vinterstid dannes is på ledningene, så at de for. ikke å flyte opp må .forankres i bunnen hvilket fører, til ytterligere utgifter.

Hensikten med denne oppfinnelse er med lave omkostninger og på en enkel måte å muliggjøre at en rørledning kan legges fritt ned på f.eks. en sjøbunn uten risiko- for oppflytning som følge av ispåfrysning.

Dette oppnås ved hjelp av de i patentkravene angitte trekk, hvor det ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, foreslåes at fluidets strømningstverrsnitt varmeisoleres fra det omgivende vann. Derved vil ispåfrysningen på rørledningen forhin-dres eller ihvertfall innskrenkes til et nedre område av ledningen, slik at dette område rekker å fryse fast til bunnen, før ledningen vil forsøke å flyte opp som følge av ispåfrysningen.

Varmeisoleringen kan særlig tilveiebringes ved at fluidet ved hensiktsmessige forholdsregler bringes til å strømme la-' min ært - med liten varmekonveks jon på tvers av strømnings re.tnin-gen - i et eller flere fortrinnsvis oventil beliggende og til det omgivende vann tilgrensende partier av strømningstverrsnit-tet, mens fluidet i det ti.lbakeblivende tverrsnitt får . anled-ning til å strømme turbulent - dvs. med stor varmekonveksjon på tvers av strømningsretningen..

Denne oppdeling av strømmen oppnås ved at rørledningens tverrsnitt har et eller flere oventil beliggende trangere partier og et nedentil beliggende grovere eller videre parti. I de trangere partier blir både den karakteristiske lengde og strøm-ningshastigheten i Reynolds strømningsforhold (Reynolds tall = strømningshastighet gange karakteristisk lengde delt med kinematisk viskositet) små, hvilket medfører et lite Reynolds tall, hvorved strømningen i de trangere partier forblir laminær selv ved en gjennomstrømning som fremkaller turbulent strømning i tverrsnittets gjenstående grovere parti.

Oppfinnelsen skal forklares- nærmere nedenfor ved hjelp

av et'eksempel under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1 viser et avsnitt av en rørledning ifølge oppfinnelsen som vinterstid ■ er frosset fast i sjøbunnen, fig'. 2 og 3 viser tverrsnitt hhv. lengdesnitt av ledningen ifølge fig. 1, og fig. 4 viser et tverrsnitt av en rørledning ifølge en annen ut- førelse av oppfinnelsen.

Rørledningen 10 ifølge oppfinnelsen er på en i og for' seg kjent måte innrettet til å plasseres på bunnen av en sjø, elv, havbukt e.l. Fra bunnen og det omgivende bunnvann avgis varme til et arbeidsfluidum som i kretsløp strømmer gjennom ledningen,

f.eks. en vandig oppløsning av kalsiumklorid, som transporterer varmen til en eller annen varmeopptagende anordning, såsom en varmepumpe e.l..

Den på fig. 1 til 3 viste rørledning består av et ytter-rør 11 og et. innerrør 12.som kan være fremstilt av en passende plast, såsom HD eller LD polyetylen. Innerrøret 12 hvis diameter er omtrent eller vel halvparten, av ytterrørets diameter, ligger i' driftstilstand inn mot ytterrørets øvre innerside som føl-ge av oppdriftskraften. Denne fåes ifølge eksemplet ved at inner-røret er korrugert, slik at luftbobler fra arbeidsfluidet eller

'luftbobler fra det -opprinnelig l.uftfylte innerrør fanges opp under bølgetopper 13 i innerrørets øvre partier, som.vist på fig. 3, slik at innerrøret som følge av luftboblenes 14 oppdriftskraft al lid vil innta, en øvre stilling i ytterrøret 11. I dette tilfelle kan innerrøret bestå av et tynt korrugert rør f.eks. av

typen kabelbeskyttelsesrør. Det er også'mulig å tilveiebringe-den nødvendige oppdrift ved hjelp av en flottørline e.l. (ikke vist)som er trukket gjennom et glatt ikke korrugert innerrør.

Det transporterte fluidum strømmer hovedsakelig bare i ledningstverrsnittet utenfor innerrøret 12, som hensiktsmessig er lukket i det minste ved sin ene ende og som ikke nødvendigvis behøver å være helt tett, men som kan tillate en viss innstrøm-ning av det strømmende fluidum.

Takket være innerrørets 12 øvre stilling i rørledningen fåes et strømningstverrsnitt' med to. inntil innerrørets sider beliggende trangere partier 15 og et videre parti 16 som avhengig av gjennomstrømningshastigheten og diameterforholdene omtrent er avgrenset av de på fig. 2 innførte strekede linjer. Under

gjennomstrømning, av ledningen vil både strømningshastigheten og den karakteristiske lengde i Reynolds ovenfor nevnte forbindelse være mindre i de trangere partier 15 enn i det videre parti 16, med den følge at strømningen kan forbli laminær i de trangere partier, ved en gjennomstrømningshastighet som forårsaker turbulent strømning i det undre videre parti.

Ettersom ved laminær strømning ingen materialtransport skjer på tvers av strømningsretningen, fåes heller ingen varme-transport på tvers av strømningsretningen, slik at fluidet i de øvre partier 15 delvis varmeisolerer det undre parti 16 (med turbulent strømning og stor varmekonveksjon på tvers av strømnings-retningen) fra det omgivende vann.

Det er også tenkelig å tilveiebringe oppdelt laminær og turbulent strømning ved hjelp av et rør med en øvre glatt innerside og en nedre mer ujevn innerside (ikke vist)..

Vinterstid når bunntemperaturen, særlig i grunt vann, kein ligge nær frysepunktet, dannes det is på de nedlagte rør på grunn av at bunnen og det omgivende vann avkjøles lokalt ved varmeavgivelse til det strømmende arbeidsfluidum. Denne', isdan-nelse forverrer ikke bare varmeopptagningen, men medfører også risiko for at en fritt nedlagt rørledning vil flyte opp sammen med isen som er lettere enn vannet. ,

Rørledningens øvre partier 15 isolerer det kalde, turbulent strømmende arbeidsfluidum i det nedre rørparti 16 fra det omgivende vann ovenfor ytterrøret 11. Da det kalde arbeidsfluidum strømmer turbulent.i det nedre parti 16, vil ytterrørets 11 nedre ytterside være kaldere enn ytterrørets øvre ytterside. Ved lave bunntemperarurer dannes derfor is 17 bare ved ytterrørets .nedre område, omtrent som vist på fig. 1, slik at dette fryser fast til bunnen 18 av vassdraget.

Den nødvendige varmeisolering kan på en enkel måte regu-leres til overensstemmelse med rådende vanntemperaturer ved at de laminære .partiers 15 utstrekning varieres ved endring av strøm- ningshastigheten. Ved liten eller ingen risiko for ispåfrysning kan det turbulente parti 16 som følge av stor strømnings-hastighet utvides til større del av strømningstverrsnittet. I. den ovenfor beskrevne utførelse b-idrar i noen utstrekning også det i innerrøret 12 stillestående arbeidsfluidum til varmeisoleringen mot det .omgivende vann. Nedenfor skal det be-skrives en alternativ utførelsesform som benytter bare denne ty-pe av isolering.

Fig. 4.viser i tverrsnitt en rørledning i samsvar med oppfinnelsen som er varmeisolerende oppover og delvis til- sidene. Ytterrøret 19 er i dette tilfelle av samme art som ytterrøret 11 ifølge fig. 1-3, mens det isolerende innerrør 20 utgjøres av et mykt rør med liten material tetthet. Innerrøret 20 som i utgang.s-tilstand har noe mindre diameter enn ytterrøret 19', deformeres ved hjelp av arbeidsfluidets trykk til den på fig. 4 viste omtrent nyreaktige form i forbindelse med påfylling av ledningen.

•Det deformerte innerrørs 20 tverrsnitt 21 kan likesom innerrø-rets 12 tverrsnitt være oppfylt med stillestående arbeidsfluidum eller muligens gjennomstrømmes laminært av dette. I begge tilfelle fåes en liten konvektiv andel av varrneoverføringen fra vannet til det turbulent strømmende fluidum i tverrsnittet 22, slik at dette delvis varmeisoleres fra det omgivende vann og da med

samme virkning som rørledningen ifølge fig. 1-3.

Utførelsene ifølge eksemplene kan varieres på forskjellig måte innenfor patentkravenes ramme. Innerrøret 12 kan f.eks. erstattes med et langstrakt sylindrisk legeme av porøst materiale som flyter på arbeidsfluidet. Isoleringen kan også tilveiebringes ved at det på ytterrørets 11 øvre innerside eller ytter-' side anbringes et sjikt av isoleringsmateriale.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved varmeopptagning fra en sjøbunn e.l., hvor varme fra bunnområdet gjennom en- rørledning avgis til et strømmende arbeidsfluidum, karakterisert ' ved at ' fluidets strømningstverrsn.itt varmeisoleres mot det omgivende vann.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert . ved at fluidet langsetter ledningen bringes til stillstand eller laminær strømning i et eller fiere til vannet tilgrensende partier av strømningstverrsnittet og til turbulent strømning i strømningstverrsnittets gjenstående parti.

3. Rørledning til utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, innrettet til å gjennomstrømmes av et varmeopptagende arbeidsfluidum når det er plassert på en sjøbunn e.l., karakterisert ved at den omfatter et nedre hovedsakelig strøm-ningsparti (16;22) og et eller flere øvre partier (12,15;20,21) som varmeisolerer strømningspartiet mot det omgivende vann..

4. Rørledning ifølge krav 3, karakterisert ved at i det minste et av de øvre partier utgjøres av et fortrengt ytterligere strø mningsparti (15).

5. Rørledning ifølge krav 3 og 4-, karakterisert ved at det omfatter et-ytterrør (11) med sirkulært tverrsnitt og et inn i ytterrøret oventil i samme beliggende langstrakt, sylindrisk legeme (12) med mindre diameter.

6. Rørledning ifølge krav 5, karakterisert ved at legemet (12) som følge av oppdrift ligger an mot ytterrørets (11) øvre innerside." .

7. Rørledning ifølge, krav 6, karakterisert ved at legemet (12) utgjøres av et innerrør, hvis innerside ved- kor-rugering e.l. er formet for oppfangning og tilbakeholdning a-v gassbobler (14).

8. Rørledning ifølge krav 3, karakterisert ved at det øvre parti utghør en innerside av et i et ytterrør .(19) innført innerrør (20) av bøyelig materiale, hvis tverrsnitt ne-denfra er deformert til et hovedsakelig nyreformet tverrsnitt (21.) som ligger an mot ytterrørets øvre innerside.

9. Rørledning ifølge krav 3, karakterisert ved et oventil, innvendig eller utvendig anbrakt sjikt av isoleringsmateriale.

10. Rørledning ifølge krav 3, karakterisert ved en oventil beliggende .glatt og en nedentil beliggende grovere eller ruere innerside.'