SE420019B - Vermelagningsanordning - Google Patents

Description

_saaes7s-3 2 större värmeöverföringsytor, vilket emellertid medför att konstruktionen blir både skrymmande och dyr.

En annan lösning på detta problem är att använda direkt verkande värmeövering med hjälp av en oblandbar olja, t ex en olja, som icke har någon tendens att blan- da sig med saltlösningen. Oljan pumpas genom munstycken, som är belägna vid salthydratbehâllarens bottenr På grund _av sin låga specifika vikt stiger oljan snabbt genom saltlösningen och absorberar eller avger värme under passagen. Denna värmeväxling mellan olja och lösning är synnerligen effektiv.

En känd anordning av detta slag har ett horisontellt oljerör nära behållarens botten. Från nedåtriktade mun- stycken i röret stiger oljan fritt till ytan, då saltlös- ningen är i flytande form. För att tillåta operation då munstyckena är blockerade av saltkristaller är den bortre änden av det horisontella röret förbunden med ett verti- kalt rör, vilket sträcker sig över salthydratets yta och etablerar en oljecirkulationsbana, som förbigår munstycke- na och därför alltid är öppen. Härigenom sker en värme- ledning från den heta oljan till munstyckena. Från det vertikala röret ledes den heta oljan till salthydratytan, där smältningsverkan fortsätter. _ Avsevärd tid kan åtgâ för att smälta ett massivt kristallblock. Om extra vatten tillsättes salthydratet, exempelvis för undvikande av inkongruent smältning, ten- derar en konstant verkande pump att hålla det hårdgjorda salthydratet i form av en uppslamning eller sörja, vilket är ett tillstånd som kan påskynda smältningsprocessen.

Ett värre tillstånd uppstår under avgivningsoperatio- nerna, dvs då lagrat värme avges till den cirkulerande oljan. Denna process förlöper jämnt blott så länge som lösningens temperatur överstiger salthydratets smältpunkt.

Då den sjunker under denna punkt uppträder plötsligt oräkneliga fina kristaller i lösningen, vilka börjar öka i storlek. Deras förekomst och tillväxt sker under fri- göring av energi, som tenderar att hålla temperaturen nå- 8006573-5 3 got under smältpunkten. De stigande oljedropparna håller de små kristallerna svävande i vätskan medan de större kristallerna sjunker till bottnen. Här blockerar de grad- vis munstyckena, vilket drastiskt reducerar oljeflödet långt innan all vätska stelnat och dess latenta värme återvunnits.

Om pumpen avstannas med eller utan avsikt tenderar kristallerna på bottnen att frysa till en massiv struk- tur, vilken effektivt försluter förekommande småhâl i munstycksöppningarna. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att säker- ställa ett kontinuerligt oljeflöde då så önskas, så att det latenta värmet kan återvinnas så länge som något förekommer på lagringsstället. Ändamålet med uppfinningen uppnås därigenom, att nämnda krets har en eller flera kanaler, som förbinder en pumps avgivningssida med ett flertal utloppsöppningar eller grupper av utloppsöppningar, som är fördelade i lagringsmaterialet, och att åtminstone ett ventilorgan är anordnat, vilket är inrättat att öppna och sluta för- bindningarna mellan pumpens avgivningssida och utlopps- öppningarna eller grupperna av utloppsöppningar i en förutbestämd följd.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, som visar ut- föringsexempel. Fig l visar i vertikalsekticn ett utfö- rande av uppfinningen. Fig 2 visar en hcrisontalsektion längs linjen II-II i fig l. Fig 3 åskådliggör schematiskt kretsen för det värmebärande mediet. Fig 4 visar i ver- tikalsektion ett annat utförande av uppfinningen. Fig 5 visar schematiskt kretsen för det värmebärande mediet i det senare utförandet och fig 6 och 7 åskådliggör i per- spektiv modifierade utföranden av utloppsanordningar för det värmebärande mediet.

Vid det i fig l, 2 och 3 visade utförandet av upp- finningen är en cylindrisk, lufttät behållare 40 med ben 41 omgiven av en mantel 42, vilka båda är inneslutna '8-666573-3 4 i ett värmeisolerande skikt 43. Manteln 42 har vid sin övre ände ett inloppsrör 44 och vid sin botten ett ut- loppsrör 45, varigenom en varm vätska, t ex från en sol- fångare, kan cirkuleras genom utrymmet mellan manteln 42 och behållaren 40.

I den övre delen av behållaren 40 är en vattenbehâl- lare 46 i form av en cylinder med en central kanal 47, som har relativt stor diameter, monterad. Vattenbehålla- ren 46 har vid bottnen ett inloppsrör 48 för kallvatten och upptill ett utloppsrör 49 för varmvatten.

Ovanför vattenbehållaren 46 är en pump 50 anordnad, vars trycksida är kopplad till ett vertikalt röraggregat, bestående av ett cylindriskt ytterrör 5l och ett cylind- riskt centrumrör 52, vilket bildar en central kanal 68, varvid båda rören 51 och 52 är koaxiella med behållaren 40. I den nedre delen av behållaren 40 är utloppsröret 51 försett med sju munstyckskammare 53 i form av låga cylindrar. Den lägsta munstyckskammaren har ett antal radiella, ihåliga armar 54. Varje munstyckskammare 53 och armarna 54 har ett antal munstycksöppningar 55, vil- ka är riktade snett nedåt. Z Behållaren 40 är fylld till nivån 56 med ett lämp- ligt salthydrat, t ex natriumtiosulfatpentahydrat. Ovan- för salthydratet och upp till nivån 57 är behållaren fylld med en oblandbar olja. Värmeexpansionen av salt- hydratet och oljan absorberas genom komprimering av den luftmängd, som befinner sig ovanför nivån 57.

Den övre delen av centrumröret 52 har en rörlig ven- tilkropp i form av en relativt tung kolv 58, vars rörel- se i röret begränsas nedåt av en stoppkrage 59 och uppåt av en stoppkrage É0. Den övre delen av centrumröret bil- dar en ventilkammare 69. 0 Radiella väggar 61 med 45° vinkelavstånd uppdelar ut- rymmet mellan ytterröret 51 och centrumröret 52 i åtta vertikala kanaler. En kanal 62 är vid sin övre ände för- bunden med pumpens 50 trycksida och vid sin'botten med den centrala kanalen 68 över en öppning 63. Centrumröret 425 8006573-3 52 har en ytterligare öppning 64 just under kolven 58, varigenom det förbindes med en annan 65 av de vertikala kanalerna. Denna kanal 65 är i sin tur medelst en öpp- ning 66 förbunden med den nedersta munstyckskammaren.

De andra sex kanalerna är medelst öppningar, som är förskjutna axiellt och längs centrumrörets S2 periferi, förbundna med ventilkammaren 69 på ett sådant sätt, att varje öppning står i förbindelse med var sin av de sex kanalerna, vilka i sin tur är förbundna med var sin mun- styckskammare 53 över öppningar i ytterrörets 51 vägg. Öppningarna i ventilkammarens 69 vägg blottas successivt vid rörelsen uppåt av kolven 58.

Fig 3 visar schematiskt kolvventilen och de därav reglerbara förbindningarna mellan pumpen och de olika munstyckskamrarna.

I sitt nedersta läge tillåter kolven 58 fritt till- träde av oljan från pumpen 50 till den nedersta munstycks- kammaren 53. Ett något högre läge av kolven medges dess- utom fritt tillträde till nästföljande högre munstycks- kammare osv. I sitt övre läge medger kolven fritt till- träde till samtliga sju munstyckskammare.

I kallt tillstånd har allt salthydrat formen av fas- ta kristaller i ett mer eller mindre sammanhängande I block. Om en varm vätska cirkuleras genom inloppsröret 44, utrymmet mellan manteln 42 och behållaren 40 och ut- loppsröret 45 uppvärmes behållaren 40 och dess innehåll av salthydrat och olja. Vid en förutbestämd temperatur av oljan i behållaren 40 startas pumpen 50 automatiskt.

Det antages, att värmetillförseln fortsätter, varigenom oljans temperatur_stiger till en punkt över salthydra- tets smältpunkt.

Pumpen 50 söker pressa olja från behållaren 40 genom kanalen 62, öppningen 63, centrumkanalen 68, öppningen 64, kanalen 65 och öppningen 66 in i den nedersta mun- styckskammaren 53 och dess armar 54 och ut genom mun- stycksöppningarna. Då de senare blockeras av fast salt- hydrat lyfter pumptrycket kolven 58 tills förbindelse C686573-3 6 etableras med en eller flera munstyckskammare, som har fria munstycksöppningar, över en eller flera av öpp- ningarna i centrumröret 52. Eftersom den övre munstycks- kammaren är placerad på en nivå ovanför salthydratet är ett ohindrat flöde alltid möjligt genom munstyckena i denna kammare. l ' Värmet smälter snart det tunna skiktets salthydrat på behållaren 40 innervägg och upphäver därmed blocke- ringen av munstyckena vid armarnas 54 ändar och tillåter ett oljeflöde mellan behållarväggen och salthydratet.

Samtidigt kommer oljeflödet från den övre munstyckskam- maren att smälta salthydratets övre skikt och mycket snart de kristaller, som blockerar munstyckena i näst- följande lägre munstyckskammare 53. _Varje gång antalet öppna munstycken sålunda ökar minskar trycket under kolven 58 och kolven sjunker med intervaller nedåt på grund av sin egen tyngd och redu- cerar antalet öppna förbindelser till munstyckskamrar- na. På detta sätt förskjutes oljeflödet nedåt från varje munstyckskammare till nästföljande tills allt salthydrat i behållaren är smält eller tills värmetillförseln upp- hör.

Om allt salthydrat i behållaren 40 smält strömmar oljan genom den nedersta munstyckskammaren. Om värme- tillförseln upphör och varmt vatten uttages från behål- laren 46 sjunker oljetemperaturen gradvis till en punkt, där det flytande salthydratet börjar stelna på nytt un- der frigöring av värme. För att starta denna process utan någon signifikant överkylning måste ympkristaller före- komma. Detta säkerställes här genom att i behållarens botten anordna ett litet rör 67 med ympkristaller. Dessa åstadkomer startpunkten för en ofelbar kristalltillväxt vid en temperatur just under salthydratets smältpunkt.

Kristalltillväxten kommer att gradvis blockera munstycke- na i den nedersta munstyckskamaren 53 och dess armar 54, varigenom pumptrycket lyfter kolven 58 tillräckligt för att åstadkomma ett nytt utlopp genom nästföljande högre 8006573-5 munstyckskammare osv.

Till följd av den omröring, som oljeflödet förorsa- kar, sker kristalltillväxten i överensstämmelse med vär- meavgivningen. Den âtföljes av en motsvarande värmefri- göring, vilken tenderar att hålla oljetemperaturen i när- heten av salthydratets smältpunkt under hela processen tills allt salthydrat solidifierats.

Vid det i fig 4, 5, 6 och 7 visade utförandet av upp- finningen är en cylindrisk, lufttät behållare 70 monterad på ett värmeisolerande träunderlag 71 och omgiven av en mantel 72. Behållaren och manteln är inneslutna i ett värmeisolerande skikt 73. Vid sin övre ände har manteln 72 ett inloppsrör 74 och vid sin nedre ände ett utlopps- rör 75 för en värmebärande vätska, vilken ledes till och från en icke visad värmekälla, t ex en solfångare. I fig 4 är vätskeytan i utrymmet 77 mellan manteln och behålla- ren markerad med 76. Det luftfyllda utrymmet ovanför vätskan är avsett att absorbera värmeexpansionen av väts- kan.

I den övre delen av behållaren 70 och koaxiellt där- med är en vattenbehållare 79 monterad, vilken vid sin botten har ett inloppsrör 80 för kallvatten och vid sin övre ände ett utloppsrör 81 för varmvatten. Behållaren 79 och den vertikala delen av inloppsröret 80 har dubbla väggar, varvid ytterväggen har korrugeringar, som åstad- kommer bâde värmeledande beröring och vätskepassage mel- lan väggarna, så att vätskan, som tränger genom en even- tuell läcka, strömmar ut genom den nedre änden 81 av yt- terröret och sålunda avslöjar läckan.

Behållaren 70_är delvis fylld med en kvantitet salt- hydrat, t ex natriumtiosulfatpentahydrat, som i fig 4 visas i sin fasta form. Ovanför salthydratet är en kvan- titet oblandbar olja 83 anordnad och ovanför oljan finns ett luftfyllt utrymme 84. I behållarens 70 botten är ett litet rör 85 med ympkristaller anordnat.

Under vattenbehållaren 79 har behållarens 70 inner- vägg ett antal munstycksrör i form av horisontella, cir- pssoesva-s 8 kulära rör 86 med munstycksöppningar 87 riktade nedåt och inåt, såsom visas i fig 5. Dessa munstycksrör, av vilka det översta är placerat ovanför salthydratnivån, är vart och ett medelst ett rör eller en slang 88, av vilka blott en. visas i fig 4, förbundet med var sin av ett antal axiellt åtskilda öppningar 89 i en vertikal cylinder eller ett ventilhus 90. En kolv 91 kan röra sig fritt i cylindern mellan en övre stoppkrage 92 och en nedre stoppkrage 93. Ett rör eller en slang 94 förbinder cylinderns 90 nedre ände med trycksidan av en pump 95, vars sugrör 96 sträcker sig in i oljan 83.

I det i fig 4 visade tillståndet med salthydratet i fast form kommer cirkulation av en varm vätska, t ex från en solfångare, genom röret 74, mantelutrymmet 77 och röret 75 att uppvärme behållaren 70 och dess inne- håll av salthydrat 82 och olja 83. Pumpen 95 startas automatiskt och eftersom det fasta salthydratet blocke- rar munstycksöppningarna 87 i alla munstycksrör utom det övre kommer oljetrycket i röret 94 att lyfta kolven 91 till ett läge ovanför den översta öppningen 89 i cylin- dern 90 och tillåta varm olja att strömma ut genom mun- styckena i det övre munstycksröret 86 ovanför salthydra- tets 82 övre vta. Det värme, som överföres från vätskan i mantelutrymmet 77 genom behâllarens vägg kommer snart att smälta det tunna skiktet salthydrat på väggens insi- da och åstadkomma en öppen passage för oljan genom det andra munstycksröret 86 ovanifrân. Detta medför att kol- ven 91 sjunker på grund av sin egen tyngd och tillsluter den översta av öppningarna 89.

Efter en viss_tid.harsamt1iga munstycksöppningar 87 hela vägen ned längs insidan på behållaren 70 öppnats genom smältning och kolven 91 har sjunkit till ett läge, i vilket oljan har tillträde blott till den nedre mun- styckskammaren 86. Härifrån stiger den varma oljan genom det smälta salthydratet längs behâllarens innervägg och smälter en ständigt tilltagande mängd fast salthydrat i behållarens centrum. Processen fortsätter tills allt 8006573-3 9 salthydrat smälts eller tills värmetillförseln upphör.

Oljan avger en del av sitt värme till vattnet i behål- laren 79 och värmetillförseln från solfångaren kan lämp- ligen avbrytas automatiskt, då vattnet uppnår en förut- bestämd temperatur. ,' Då varmt vatten tappas ur behållaren 79 inkommer kallt vatten genom röret 81 och en kylning av oljan äger rum. Då oljetemperaturen sjunker under en förutbestämd nivå, som vid användning av natriumtiosulfatpentahydrat är ungefär 46°C, startar pumpen 95 automatiskt, varige- nom den kallare oljan stiger från det nedre munstycksrö- ret 86 genom smältan. Därigenom kristalliseras en del av salthydratet på nytt under avgivning av värme, som absorberas av oljan, vilken i sin tur avger värme till vattenbehållaren 79.

De små saltkristaller, som bildas, växer och sjunker till bottnen, där de förr eller senare blockerar mun- stycksöppningarna i det nedre munstycksröret. Därigenom reduceras oljetrycket och kolven 91 lyftes för att leda olja genom nästföljande högre munstycksrör osv.

Kolvventilen enligt fig S har den ytterligare funk- tionen att kolven 9l i sitt nedre läge tillsluter samt- liga öppningar 89. Därigenom hindras smält salthydrat från att intränga i munstycksrören om pumpen stannar av- siktligt eller oavsiktligt.

Då den yttre värmekällan inte är aktiv, såsom sol- fångaren nattetid, och inget varmt vatten uttages från behållaren 79 förorsakas den nämnda värmeförlusten av värmeöverföring genom det isolerande skiktet 73, under- delen 71 och diverse röranslutningar. Vid detta till- fälle föreligger inget behov av kontinuerlig och energi- krävande operation av pumpen 96. En automatisk regler- anordning kan omkoppla pumpen till intermittent funktion med exempelvis en minuts gång var femte minut. Den kom- binerade verkan av pumpen och tyngden av kolven 91 håller samtliga rör konstant fyllda med olja även om ett visst temperaturfall förorsakar sammandragning av oljan. Detta lflfióffiä-š säkerställer omedelbar oljecirkulation varje gång pumpen startas på nytt.

Placeringen av pumpen i det övre luftutrymmet ovan- för oljan medför ett effektivt utnyttjande av motorvärmet, som till en del överföres till oljan vid passagen genom pumpen. ' Vid den visade konstruktionen är kolvventilen place- rad vertikalt i behållaren 70 och kolven regleras blott medelst tyngden. I princip kan kolven placeras på många andra sätt och kolven kan vara fjäderpåverkad.

Arrangemanget av munstycksrör kan också utformas på olika sätt] Fig 6 och 7 visar två versioner, vari förutom det yttre munstycksröret 97, motsvarande munstycksrören 86 i fig 4 och 5, är anordnat ett inre munstycksrör 98, vil- ket är seriekopplat med den yttre ringen med hjälp av ett radiellt rör 99. För att kompensera för den avsevär- da längdskillnaden mellan rörens första och sista mun- stycken kan munstycksöppningarna ha tilltagande diameter längs rören. Vid den i fig 7 visade versionen reduceras avstânden genom.att den yttre munstycksringen är uppde- lad i två parallellkopplade halvcirkulära delar 100 och 101 och genom att innerringen 102 är parallellkopplad med de två halvcirkulära delarna medelst ett rör 103.

Då det använda salthydratet har en smältpunkt, som överstiger den önskade varmvattentemperaturen, såsom är fallet vid natriumacetat och natriumtiosulfat, kan ett extra elektriskt värmeelement anordnas i vattenbehâlla- ren. Då vattentemperaturen faller under 45°C och lagret är helt uttömt kan det elektriska värmeelementet till- kopplas automatiskt. ' Omvandling till en elektrisk uppvärmningsanordning för uppvärmning vid andra tillfällen än under högbelast- ning erfordrar blott små modifikationer. Värmeelementet kan placeras i oljan just under vattenbehâllaren och 1 stället för de yttre inlopps- och utloppsrören 74 och 75 _göres anslutningar för att integrera utrymmet 77 1 den till pumpen 95 anslutna oljekretsen. 8606573-3 11 Ehuru utförandena enligt fig l och 4 båda har inbygg- da. behållare för vattenuppvärxnning kan uppfinningen också tillämpas på värmelagringsanordningar för andra ändamål.

Claims (8)

Û606573-3 10 15 20 25 30 12 PATENTKRAV

1. Värmelagringsanordning, bestående av en behålla- re, som innehåller ett lagringsmaterial för lagring och avgivning av värme under smältning respektive stelning och medel för att pumpa ett värmebärande medium genom en krets, i vilken det bringas till värmeväxlingsberöring med lagringsmaterialet, k ä n n e t e c k n a d därav, att kretsen har en eller flera kanaler, som förbinder en pumps trycksida med ett flertal utloppsöppningar eller grupper av utloppsöppningar, vilka är fördelade i lag- ringsmaterialet, och att åtminstone ett ventilorgan är anordnat, som är inrättat att öppna och stänga förbind- ningarna mellan pumpens trycksida och utloppsöppningarna ,,eller grupperna av utloppsöppningar i en förutbestämd följd.

2. Anordning enligt krav l, vilken har ett flertal kanaler, k ä n n e t e c k n a d därav, att ventilor- ganet har en ventilkammare, i vilken kanalernas inlopps- ändar bildar inbördes förskjutna utloppsöppningar och i vilken en ventilkropp är så förskjutbart monterad, att den i olika lägen etablerar olika förbindningar mellan en med pumpens trycksida förbunden inloppsöppning och utloppsöppningarna.

3. Anordning enligt krav 2, därav, att ventilkroppen är påverkad av en eftergivlig kraft 1 den ena riktningen och av trycket 1 ventilkamma- ren i den motsatta riktningen.

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, t e c k n a d därav, att ventilkammaren består av en cylinder med sluten ände, i eller i närheten av vilken inloppsänden är belägen, och att ventilkroppen utgöres av en cylindrisk kolv. .

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att ventilkammaren bildas av den översta delen av ett i huvudsak vertikalt, cylindriskt centrumrör, vilket k ä n n e t e c k n a d k ä n n e - 10 15 8006573-3 _. _- .V _ 13 är koaxiellt omgivet av ett ytterrör, som är uppdelat i kanaler medelst radiella partier, och att varje kanal i sin nedre ände kommunicerar med en munstyckskammare, vil- ken omger ytterröret och är försedd med utloppsöppningar, genom en öppning i ytterrörets vägg.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att en eller flera eller samtliga munstyckskamma- re har ett flertal i huvudsak radiella munstycksarmar, som är försedda med utloppsöppningar, varvid armarnas ytterändar är placerade i närheten av behållarens vägg.

7. Anordning enligt krav 2, 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d därav, att kanalerna är förbundna med var sitt munstycksrör, vilka munstycksrör är horisontel- la och axiellt åtskilda samt har företrädesvis snett ne- dåt riktade utloppsöppningar.

8. Anordning enligt krav 7, därav, att ett eller flera av de i huvudsak horisontella munstycksrören är ringformiga. k ä n n e t e c k n a d