NO165207B - Sirkulasjonsinnretning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en sirku1asjonsi nn retning for sirkulering eller ledning av oppvarmet vann gjennom ledningsrør om-gitt av luft som skal oppvarmes. Oppfinnelsen angår særlig forbedringer av et varmebatteri i form av rør i en kanal som fører luft fra utsiden til innsiden av en bygning og forbedringer av radiatorer.

Installasjoner av vann-luftsirkulasjonsinnretninger av forskjellig type, varmebatterier i luftkondisjoneringsutstyr, vanlige vannradiatorer etc., har ofte problemer med rørbrudd på grunn av frost ved lave lufttemperaturer. Forsøk på å

oppnå pålitelig beskyttelse mot rørbrudd på grunn av frysing i slike installasjoner har ikke lykkes så langt. De tykke rørene har ikke kunnet motstå de store trykkrefter som opp-

står når is dannes i - rørsystemet. Rørbrudd i varmebatterier i den type som er vist på fig. 1, oppstår vanligvis ved rørets bøyninger og for å hindre frysing i disse deler har disse blitt ytterligere isolert mot den kalde luft som strømmer gjennom batteriet. Disse tiltak har ikke vært tilfredsstil-

lende av grunner som angitt nedenfor.

Forsøk har også vært gjort for å avføle tempera-

turen ved steder hvor rørbrudd vanligvis oppstår. Når temperaturen nærmer seg 0°C ved følerne økes strømhastigheten automatisk ved hjelp av en reguleringsenhet. Disse tiltak har også

vært utilfredsstillende av samme grunn som nevnt nedenfor.

Innen industrien har et problem med brudd på grunn

av frysing vært ansett for å være mer eller mindre uløselig.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en sirkulasjonsinnretning av den ovennevnte type, dvs. varmebatterier og radiatorer, som er beskyttet mot rørbrudd hvis isdan-nelse skulle oppstå i rørene. Sirkulasjonsinnretningen bør være pålitelig, vedlikeholdsfri og fungere uten elektroniske eller andre sensorer. Dette oppnås med en sirkulasjonsinnretning av den type som er beskrevet i innledningen i krav 1 og som har egenskapene som er karakterisert i den kjennetegnende del av kravet.

Løsningen ifølge oppfinnelsen er delvis basert på

en oppdagelse som er fullstendig uforenlig med den generelt aksepterte forståelse av hvordan rørbrudd oppstår under frys-

ing og som alle tidligere forsøk på å gi en tilfredsstillende løsning har vært basert på. Prøver som har vært utført av

søkeren under kontrollerte forhold i et forskningslaboratorium har nemlig vist at rørbrudd under frysing ikke oppstår ved den dannede isplugg men ved en del av røret hvor vannet enda ikke har frosset. Rørbruddet oppstår vanligvis på grunn av øket trykk i det fremdeles ikke-frosne vann på grunn av en voksende isplugg et annet sted i røret. Dette forklarer hvorfor temperaturstyrte frostbeskyttelsesanordninger ikke har kunnet løse problemet. Det er ikke mulig å måle temperaturen overalt i sirkulasjonssystemet. Rørbruddet oppstår der hvor vannet er varmest og det er her at temperaturfølerne har blitt plassert. Pålitelig temperaturavføling i de ubeskyttede varmevekslings-deler i rørene, er ikke mulig på grunn av de store temperatur-variasjoner mellom rørets kjøleflater som blir utsatt for strømmende kald luft og rørets indre. Dessuten har sensorene en reaksjonstid som er for lang i den raske frysepfosessen.

Det at rørbrudd finner sted i en del av røret hvor vannet ikke ennå har frosset, har unngått oppmerksomhet på grunn av en annen lite påaktet egenskap med vann, nemlig at vannets frysepunkt faller med øket trykk. Voksende isplugger øker trykket i den ennå ikke frossede del samtidig som temperaturen kan falle under 0°C i det ennå ikke frossede vann. Når røret så sprekker vil trykket plutselig falle og fryse-punktet blir øyeblikkelig øket til 0°C igjen og vannet vil øyeblikkelig fryse til is. I de fleste tilfeller står service-mannen overfor en fremtredende isplugg ved bruddstedet og trekker den slutning at røret var dårlig isolert på dette sted siden en sprengt isplugg åpenbart har blitt dannet der. Denne vanligvis aksepterte "kunnskap" om hvordan rørbrudd oppstår, har bare ført til løsninger som f.eks. ekstra isola-sjon, hvilket snarere har gjort problemet verre, enn å løse det.

På grunn av denne oppdagelse har søkeren vært istand til å angripe problemet med en helt forskjellig forståelse og har oppnådd en løsning, pålitelig, fullstendig vedlikeholdsfri og lett å innføre i eksisterende konstruk-sjoner. Det har også vært mulig å bruke tynnere kobberrør for derved å øke varmeledningsevnen (kaldt opptak) i de uisolerte rørdeler.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj med henvisning til noen eksempler vist i de medfølgende tegninger.

Fig. 1 viser skjematisk tverrsnittet i et vanlig varmebatteri i en kanal, for å lede kald luft fra utsiden til innsiden av en bygning, fig. 2 viser skjematisk det ovennevnte varmebatteri forbedret ifølge oppfinnelsen, fig. 3 er et forstørret snitt av det øvre venstre hjørne på fig. 2,

fig. 4 er et frontriss av en radiator som danner en varmeveksler ifølge oppfinnelsen, fig. 5 er et enderiss av radiatoren på fig. 4, fig. 6 er et forstørret snitt langs linjen 6-6 på fig. 4 og fig. 7, fig. 7 viser en alternativ utførelse av radiatoren på fig. 4, fig. 8 er et enderiss av radiatoren på fig. 7, fig. 9 er et forstørret snitt ifølge linjen 9-9

på fig. 7 og fig. 10 viser enda en alternativ utførelse av en radiator som sirkulasjonsinnretning, ifølge oppfinnelsen.

Det vanlige varmebatteri 10 vist på fig. 1 er plassert i et rom 10A i en bygning og brukes i en luftkondi-sjoneringsinstallasjon for å oppvarme frisk luft utenfra som blåses av en vifte gjennom en kanal 11 og forbi de uisolerte deler 12 i rørsystemet, som fører varmtvann fra et fjernvarme-anlegg, en oppvarmningsennet e.l., idet varmtvannet føres inn i et innløp 13 og gjennom et utløp 14. Rørbøyningene 15 er vanligvis ikke utsatt for den kalde luft og er således relativt isolert. Hvis vannsirkulasjonen skulle være for langsom eller fullstendig stoppe av en eller annen grunn, kan isplugger dannes i de uisolerte, ubeskyttede rørdeler 12 og hurtig øke trykket i de isolerte rørbøyninger 15 og føre til rør-brudd der. Rørbrudd i bøyningene kan f.eks. oppstå etter noen minutter i meget kaldt vær hvis sirkulasjonspumpen skulle stoppe og viften fortsette å blåse kald luft gjennom instal-lasjonen. Selv om viften automatisk blir stengt når sirkulasjonen er dårlig vil luftstrømmen fortsette på grunn av så-kalt "kaldras" (downdraft).

Fig. 2 viser et varmebatteri 10A ifølge oppfinnelsen hvor hver rørbøyning 15 står i forbindelse med et oppsamlingskammer 16 og et trykkammer 16A. Oppsamlingskammeret 16 og grenledningsrørene 17 mellom dette kammer og rørbøyningene 15 er varmeisolert. Grenledningsrørene eller rørene 17 er begrenset til en diameter på bare 2-3 mm ,for ikke å for-styrre vannsirkulasjonen ved normal drift. Vannet i rørsyste-met står,normalt under et trykk på 200 kPa og trykket i trykk-kammeret 16A er derfor under samme trykk på 200 kPa. Hvis isplugger dannes i de uisolerte rørdeler 12, vil trykket i rør-bøyningene 15 øke når ispluggene vokser. Dette trykk tas opp av trykkluften i trykkammeret 16A og hindrer således rør-

brudd som ellers ville oppstå. Selv om alt vannet i varmebatteriet skulle fryse til is vil trykket aldri overskride 600 kPa, noe som er langt under trykkapasiteten i vanlige kobberrør. I denne forbindelse er det viktig at rørbøyningene 15, de begrensede grenledningsrør 17, det rørlignende oppsamlingskammer 16 og trykkammeret 16A er relativt isolert, for å være helt sikker på at vannet der vil fryse sist. Oppfinnel-sens prinsipp kan også brukes i andre typer sirkulasjonsinnretninger, f.eks. radiatorer, hvor sirkulasjonen holdes gående, selv om isplugger har blitt dannet i noen av rørspolene.

Det er naturligvis mulig innenfor oppfinnelsen, å bruke andre trykkavlastningsanordninger enn trykkammeret med en lukket gasspute, f.eks. forskjellige typer sikkerhets-ventiler, og å bruke oppfinnelsen i helt andre forbindelser hvor rørbrudd på grunn av frysing kan oppstå, f.eks. i nedgravede vannrør eller rør i bygninger, hvor rørene overfører varme til den omgivende jord eller luft. Ved slike anvendelser av oppfinnelsen vil ispluggen, når det nedgravede rør er frosset, vokse i begge retninger og nå et område hvor vannet som skyves av ispluggen, vil trenge inn i en oppsamlingskanal tilkoblet et trykkammer med en anordning som får trykket til å stige til et bestemt nivå men godt under nivået som kan resultere i rør-brudd.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen henvises

det nå til fig. 3.

Rørene eller ledningsrørene 12 er forsynt med flen-ser 12A.

I begge rør vokser det isplugg 18 mot rørbøyningen 15. I kjente rørsystemer vil dette hurtig kunne føre til øket vanntrykk i rørbøyningen, til et nivå som ville føre til brudd.

Ifølge oppfinnelsen er rørbøyningene 15, grenrør-ene 17, oppsamlingskamraeret 16 og trykkammeret 16A alle varmeisolert ved hjelp av et varmeisolerende materiale vist ved 19, og som vil hindre at vannet i disse elementer fryser. Rimelig isolering av disse elementer kan også oppnås ved ganske enk-elt å fjerne dem fra den kalde luft som de andre rørflater utsettes for. Følgelig kan vannet strømme langsomt under skyvevirkningen fra de voksende isplugger 18.

I trykkammeret vil vannivået stige fra det normale nivå 20 til nivået 21 hvilket fører til en sammentrykning av luften i rommet 22.

Trykkammeret 16A kan på forhånd fylles med en gass under relativt høyt trykk gjennom en ventil 23.

En sikkerhetsventil 24 kan også tilveiebringes, som åpner ved et bestemt trykk.

Alternativt kan trykkammeret 16A fylles med vann og i dette tilfelle gjør sikkerhetsventilen 24 det mulig å tømme vannet ved et bestemt trykk.

På fig. 4 er det vist en vanlig radiator 25 med vertikale vannkanaler 26 som kobler et nedre oppsamlingskammer 27 til et øvre oppsamlingskammer 28.

Et øvre trykkammer 2 9 og et nedre trykkammer 30

er delt i to avdelinger ved hjelp av en skillevegg 31.

Hver avdeling eller rom er tilkoblet det nærlig-gende trykkammer hhv. 29 og 30 via et isolert grenrør 32 som isplugger 18 kan vokse i og presse vannet inn i kammeret 29 for derved å hindre brudd i ledningsrørene i systemet. Fig. 7 viser en modifisert radiator 25A i forhold til radiatoren på fig. 6. Det nedre trykkammer 30 er ute-latt og i stedet for er de ytre, vertikale kanaler 33, 34 blitt varmeisolert ved hjelp av et varmeisolerende materiale 19, vist på fig. 9. Fig. 10 viser en annen vanlig radiator 35 med parallelle rør 36, isolerte rørbøyninger 37, isolerte gren-rør 38, isolerte oppsamlingskammere 39, 40 og isolerte trykkammere 41, 42, vesentlig anordnet som i utførelsen vist på fig. 2.

Varmebatteriet 10A på fig. 2 og radiatoren 25 på

fig. 4 har blitt prøvet ned til -20°C under lange og gjen-

tatte prøveperioder uten brudd i rørsystemet. Oppfinnelsen har derfor vist seg å være meget anvendelig og effektiv i praksis.

Claims (4)

1. Sirkulasjonsinnretning omfattende et system av led-

ningsrør (12) forbundet med et innløp (13) og et utløp (14) for sirkulering av vann eller annen praktisk talt inkompressibel væske gjennom ledningsrørene (12), hvor varme overføres gjennom ledningsrørveggene, idet sirkulasjonen i systemet avstenges i perioder, hvorved fortsatt varmeoverføring gjennom ledningsrørveggene bevirker frysing av væsken i ledningsrørene (12) til is, KARAKTERISERT VED at to første forbindelsesrør (15) for ledningsrørene (12) er varmeisolert eller beskyttet fra omgivende strømmende kald luft for å oppnå forsinket frysing av væsker i nevnte forbindelsesrør (15) i forhold til frysing av væsken til is i de uisolerte ledningsrørene beliggende mellom de første to forbindelsesrør (15), slik at is som dannes i ledningsrørene mot endene derav og står i forbindelse med de to første forbindelsesrør (15) vil resultere i et øket trykk på den ufrossede væske i de isolerte forbindel-sesrør (15), idet det økede væsketrykk minskes ved å la de to forbindelsesrør (15) hvert via isolerte forgreningsrør (17) være forbundet med et lukket isolert avlastningskammer (16) med et trykkammer (16A) for å unngå brudd i ledningsrørene (12) i noe parti av systemet.

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det respektive trykkammer (16A) er utformet med et gassvolum (22) som danner en kompressibel gasspute for å tillate vann som er skjøvet av isen i det andre parti å komme inn i trykkammeret (16A) ved øket mottrykk fra gassputen.

3. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at trykkammeret (16A) er forsynt med en sikkerhetsventil (24) som åpner ved et forutbestemt vanntrykk for å forhindre brudd i ledningsrørene.

4. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at trykkammeret (16A) er forladet med en gass ved et forutbestemt høyt trykk over det normale vanntrykk i systemet når det avstenges og før frysing.