入口分层装置制造方法及图纸

一种用于提供和保持罐中的流体的分层的入口分层装置。分层装置包括具有多个孔(8)的、以柔性非多孔材料形成的管(2)，所述管被构造成收缩和膨胀，以在管的、其中管内流体的温度高于管外流体的温度的区域中基本上阻止通过管的孔(8)的流体交换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括入口分层管的入口分层装置，并且涉及制造所述入口管的方法。
技术介绍
储热对于有效的能量供热变得愈发重要，因为其允许收集过量热能供以后使用。热供热系统中的关键参数是热能储存装置的分层效率。热能储存器中的分层是在4℃温度以上在诸如水箱的液体储存系统中遇到的自然现象。由于浮力，热水趋向于积累在热能储存器的上部，而冷水通常被迫使向下移动。因此，基于水的热能储存器会总是显示一定量的分层。然而，实验和理论研究表明：与储存器中没有分层状态的系统相比，热能储存器的整体系统性能，例如用于家用热水制备的太阳能供热系统，能够通过太阳能储存器中的优化热分层而增大。不同的因素趋于破坏分层，一个示例是由于被冷流体包围的热流体的浮力造成的自然对流产生的水的混合，例如如果流体输入比入口位置处的温度热，或者如果用浸入式换热器对热能存储器充能。另一个问题是由射流混合(或卷流夹带)带来的，该射流混合由进入热能储存器的水的动能引起，或者由在流体本身中、热能储存器壁中和浸没在流体中的部件中的热传导和扩散所引起。相应地，在储存装置的流体充入和排出期间促进分层的能力不仅取决于储存装置的构造，还取决于装置中的任何分层增强装置。因此，充入和排出过程中的边界条件在维持任意的分层效率上扮演了关键角色如今，已知旨在解决上述问题的多种不同分层装置，其中这些分层系统允许在储存装置/罐的各种高度上的入流。选择被充入流体的许可高度能够通过机械步骤进行，或通过以重力方式引起的流动进行，其中使用竖向安装的具有自由或可锁开口的管。在此之中，既有装备有开口和“止回”阀的刚性入口分层器，又有在储存罐中竖向安装的柔性入口分层管。例如从DE10320569和DE102007046905已知刚性管。然而，实验示出(例如，见Shah L.J等人在《Applied Thermal Engineering》2005；25:2086-2099发表的“Theoretical and experimental investigations of inlet stratifiers for solar storage tanks”)：具有在不同水平上的多个开口的刚性管的作用更像是混合装置，而非分层装置，因为冷水特别地通过最下面的开口被吸入分层器，因而明显降低了热性能。例如，WO2006084460中已经公开了若干个织物分层入口管。然而，织物分层入口管将充当液体的过滤器。大于材料小孔的所有颗粒，例如铁锈、污垢、各种剥落材料和流体系统中的任何其它漂浮材料，将被多孔材料捕获。这将逐渐堵塞织物中的小孔，最终使得分层器的分层能力完全失效。此外，碳酸钙沉积物趋向于在织物的小孔中累积沉积物，同样逐渐地堵塞这些小孔，最终使得分层器的分层能力完全失效。织物分层入口管已被实验研究，例如，参见Andersen E.等人在Proceedings of ISES Solar World Congress(Orlando，FL，U.S.A.，2005)发表的“Investigations of fabric inlet stratifiers for solar tanks”。作者发现：当使用由两个织物层而不是一个织物层构成的织物管时，能够降低织物分层入口管的一个缺陷，即通过非常薄织物的、高的水平热传递。然而，这只趋向于增加问题，即织物将作用为过滤器，从而降低了入口分层管在操作期间的效率。因此，要求提供一种简单且不昂贵的入口分层装置，该入口分层装置在使用期间恒定地可靠，并且在不引起任何不必要湍流和/或层间热交换的情况下确保能够将流体输送到储存罐中的正确热层。
技术实现思路
本专利技术的第一方面是提供一种入口分层装置，其布置用于对储热罐中的入口流体热分层，以便增大储存罐和/或热系统的热性能，并且不使入流和出流具有分层后的层的固有湍流和搅动。本专利技术的第二方面是提供一种布置用于允许在存储装置中的不同高度处的入流的分层入口管。本专利技术的第三方面是提供一种能够同现有的储热罐一起使用的入口分层装置。本专利技术的第四方面是提供来一种以简单且不昂贵的方式制造入口分层管的方法。本专利技术的第五方面是提供一种能够用于室内供热、家用热水、工艺热量等的入口分层装置。本专利技术的第六方面是提供一种安装、使用和维护较简单的简单入口分层装置。根据本专利技术的这些和其它方面实现的新颖和独特的特征在于：入口分层装置包括至少部分地由柔性非多孔材料制成的至少一个入口管，所述管包括多个孔，并且被构造成收缩和膨胀，以便在管的、其中管内流体的温度高于管外流体的温度的区域中基本阻止通过管的孔的流体交换。入口分层装置优选地布置为使具有竖向温度梯度的流体循环通过储存罐，并且优选地，所述入口管在储存罐中竖向布置。来自管的流体流被约束以不与储存罐中的流体混合，直到凭借在罐中流体和入口管中流体之间的密度差引起的作用于入口管的力，将流体移动到罐中的、在从入口管产生的流体的温度下的或者接近该温度的层。使用布置用于膨胀/展开或收缩的柔性管将导致管中压力和罐中压力的均衡，从而确保防止通过管中的孔的入流和出流，直至在管和罐中到达相等的密度水平且因此达到相等的温度水平。因此，管中的流体不会进入罐中，直到其达到管的顶部并在那里因新的流体被持续地馈给进管中而被迫离开管，或者直到管中的流体温度等于罐中的流体温度而导致管中的流体静压略高于罐中的流体静压时。管将试图均衡压力差而膨胀，但管的扩展特性限制该膨胀，这导致在适当温度水平下从管进入到罐中的流体流。入口管有利地以“拉伸状态”竖向布置在储存罐中，从而确保在操作期间不会发生影响孔的打开/关闭功能的皱缩和/或折叠。在本专利技术的范围内，术语“柔性材料”意指布置用于响应管和罐中的流体的温度/密度而膨胀/展开和收缩的任何类型材料。优选地，材料不能蠕变超过约5％，优选地甚至更少，并且入口管以基本防止材料在操作期间蠕变的方式布置在罐中。术语“非多孔材料”意指没有小孔或类似小开口/通道的材料，流体中存在的颗粒和/或沉积物能够被阻止在这些小孔中。在此方面优选地，材料被构造成使得入口管中的流体的至少98％。优选地所有的流体将经由管中的小孔进入周围的罐内，因此自然排除诸如织物或其它过滤材料的材料。优选地，符合上述定义的柔性非多孔材料例如是由诸如乙烯-四氟乙烯(ETFE，一种在宽温度范围上具有高耐腐蚀性和强度的氟基塑料)、聚偏二氟乙烯(PVDF，一种非反应性热塑性含氟聚合物)、聚丙烯(PP)，或者改性聚四氟乙烯(mPTFE，对于要求极端化学条件和/或耐高温的应用是最佳选择的一种含氟聚合物膜)制成的聚合物膜。然而，完全或部分地由其它柔性非多孔材料，诸如金属膜和/或硅酮膜，制成的入口管也预期在本专利技术范围内。本领域技术人员将理解：柔性非多孔材料的选择取决于储存罐中的物理条件和化学条件。例如，与常规能量系统中使用的入口管的材料相比，用于太阳能的储存罐需要能够承受更高温度的材料。在优选实施例中，入口管在其膨胀位置中的横截面形状具有基本圆形形状，因为这已证实提供了简单且不昂贵的实施例。然而，在本专利技术的范围内，也考虑其它横截面形状，例如椭圆形或多边形。材料的厚度优选地选择为确保提供所需的管柔性，并且同时，确保将通过管壁的热传递保持为最小。相应地，管的优选壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种入口分层装置(1)，所述入口分层装置(1)用于提供和保持流体在储存罐(3)中的分层，所述入口分层装置包括至少一个入口管(2)，所述入口管(2)至少部分地由柔性非多孔材料(5)制成并且具有多个孔(8)，所述管被构造成膨胀和收缩，以在所述管的、其中管内流体的温度高于管外流体的温度的区域中基本上阻止通过所述管的所述孔(8)的流体交换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 DK PA2014001401.一种入口分层装置(1)，所述入口分层装置(1)用于提供和保持流体在储存罐(3)中的分层，所述入口分层装置包括至少一个入口管(2)，所述入口管(2)至少部分地由柔性非多孔材料(5)制成并且具有多个孔(8)，所述管被构造成膨胀和收缩，以在所述管的、其中管内流体的温度高于管外流体的温度的区域中基本上阻止通过所述管的所述孔(8)的流体交换。2.根据权利要求1所述的入口分层装置(1)，其中，所述入口管(2)在膨胀位置具有基本圆形的横截面形状。3.根据权利要求1或2所述的入口分层装置(1)，所述入口分层装置(1)被竖向地布置在所述储存罐中，其中所述孔(8)被设置在不同的竖向高度处并且具有预定的竖向距离，以允许分层装置的在不同竖向热层处的流体交换。4.根据前述权利要求中任一项所述的入口分层装置(1)，其中，所述孔(8)被定尺寸为使得所述孔不捕获所述流体中的漂浮材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的入口分层装置(1)，其中，所述孔(8)在所述管中布置为单行。6.根据前述权利要求中任一项所述的入口分层装置(1)，其中，所述入口管(2)包括围绕所述管中的至少一个孔(8)的密封区域(14)，所述密封区域(14)布置为确保所述至少一个孔被有效地关闭。7.根据前述权利要求中任一项所述的入口分层装置(1)，其中，所述入口管(2)包括两个或更多柔性非多孔材料层，所述两个或更多柔性非多孔材料层抵靠彼此，或者被彼此分离一段距离布置。8.根据前述权利要求中任一项所述的入口分层装置(1)，其中，所述入口管(2)由聚合物膜、金属膜和/或硅酮膜制成。9.根据权利要求8所述的入口分层装置(1)，其中，所述聚合物膜由乙烯-四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯和/或改性聚四氟乙烯中的一种或多种制成。10.根据前述权利要求中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·施庞戈德，
申请(专利权)人：艾酷乐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK