AT358227B - Verfahren und vorrichtung zur verbesserten waermeuebertragung in fernheiznetzen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur verbesserten Wärmeübertragung in Fernheiznetzen und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, das dadurch ausgezeichnet ist, dass primäres Vorlaufwasser in der örtlichen Nähe des Wärmeverbrauchers im Unterdruck teilweise verdampft wird, wobei es seine Verdampfungswärme dem unverdampften Wasser entzieht und dieses unter die sekundäre   Rücklauftemperatur   kühlt, während die latente Wärme des Dampfes nach einer Brüden- kompression durch Einspritzkondensation in den Sekundärkreislauf übertragen wird. 



   Die nach dem heutigen Stande der Technik in den Ausläufern der Warmwasserfernheiznetze eingesetzten Wärmetauscher haben die Aufgabe, die Abnehmeranlagen (Sekundärnetze) aus Gründen der
Risikoteilung und der zulässigen Druckstufen vom Primärnetz wärmeträgermässig zu trennen. Alle
Wärmetauscher der bisher bekannten Bauformen verursachen allerdings infolge ihrer sogenannten   "Grädigkeit"auch   die unerwünschte Nebenwirkung eines Temperatursprunges,   d. h.   dass die Vor- bzw. 



   Rücklauftemperatur des Sekundärnetzes unter der zugehörigen Vor- und Rücklauftemperatur des
Primärnetzes liegen muss. 



   Ferner ist die Möglichkeit, mit einem ausgelasteten Fernwärmenetz zusätzliche Abnehmer zu versorgen, nur über eine Vergrösserung der Temperaturspreizung (Differenz zwischen Vor- und   Rücklauf temperatur)   zu realisieren, was wieder mit Rücksicht auf die Abnehmeranlagen meist nur durch, die Erhöhung der primären Vorlauftemperatur möglich ist. Der dann zusätzlich erzielte Vorteil geringeren
Pumpenenergieaufwandes pro transportierter Wärmeeinheit ist unbedeutend und wird um ein Vielfaches durch die vermehrten Wärmeverluste im Netz kompensiert. Dazu kommen bei der Temperaturerhöhung noch die Probleme der verstärkten Wärmebeanspruchung der Rohrleitungen, die die Leistungserhöhung begrenzen. 



   Besonders nachteilig wirkt sich aber eine erhöhte Vorlauftemperatur auf eine Fernwärmeversorgung von einer Kraft-Wärme-Kopplung aus, da dadurch die Ausbeute an elektrischem Strom wesentlich reduziert wird. 



   Im Gegensatz zum herkömmlichen Wärmetauscher gestattet nun das neuentwickelte Wärmeübertragungs- verfahren, unter Verwendung eines Fernwärmeumformers die Temperaturspreizung im Primärnetz durch
Absenkung seiner Rücklauftemperatur (auch wesentlich unter die sekundäre Rücklauftemperatur) zu vergrössern und die   primäre"Grädigkeit"zu   vermeiden. Bei etwa gleichbleibendem spezifischen
Pumpstromaufwand sinken dabei die Netzwärmeverluste und es ist eine verbilligte Ausführung des Netzes hinsichtlich seiner Wärmeisolation und Wärmedehnungskompensation möglich. Bei entsprechender Auslegung ist es weiters möglich, den Rücklauf zu Kühlzwecken zu verwenden, bzw. Verluste des in der gleichen
Künette liegenden Vorlaufes zu regenerieren und mit der so dem Fernwärmenetz (wieder) zugeführten
Wärme dessen Verluste zu verringern.

   Das Netz kann also   z. B.   zur Vermeidung von   Stillstandskorrosionen   und für die Brauchwasserbereitung im Sommer praktisch verlustlos betrieben werden und im Winter die zwei-oder dreifache Wärmemenge zu den Abnehmern bei gleichen Rohrquerschnitten verlustärmer transportieren. 



   Im Falle einer Kraft-Wärme-Koppelung wird der Anteil der elektrischen Energie bei einer Leistungs- steigerung des Fernwärmenetzes mit Fernwärmeumformern nicht kleiner, sondern grösser als mit
Wärmetauschern. Wie im Leitungsnetz, dessen Übertragungskapazität proportional zur Temperaturspreizung   vergrössert   wird, steigen   z. B.   trotz gleichbleibender Maschinensätze die Heizleistungen der Maschinensätze bei verminderten Verlusten. Dies ist möglich, weil ein entsprechender Anteil der Heizwärme von niedrigeren Druckstufen (Temperaturen), eventuell sogar dem Kondensationsteil des Dampfprozesses entnommen werden kann und nur mehr der Rest durch den Entnahmedampf abzudecken ist.

   Die allfällige
Kombination von Brauchwasserbereitung und Klimatisierung (Kühlung) in den Sommermonaten ist durch den Fernwärmeumformer ohne einen Konstanttemperaturstrang und ohne Absorberkühlgerät möglich und belastet auch nicht die Wirtschaftlichkeit der Kraft-Wärme-Koppelung. Die Tabelle der erzielbaren Effekte   (Fig. l)   und die zugehörige Darstellung des Temperaturverlaufes (Fig. 2) sind als errechnete Beispiele in
Anlehnung an die Praxis zu werten. Eine dritte Alternative zur Ausgangsbasis, nämlich die Verstärkung des Netzes auf zwei-oder dreifache Querschnitte, ist hier nicht aufgenommen, weil sie als nachträgliche   Massnahme   ausscheidet. Sie würde sich von der Ausgangsbasis durch zirka 28% Wärmeverluste und durch
170 bis 200% in den Baukosten unterscheiden. 



   Das neue Verfahren der Wärmeübertragung ist nachstehend am Beispiel eines in Fig. 3 schematisch dargestellten Fernwärmeumformers beschrieben. Das beim   Rohrstutzen --1-- mit   Druck in die Verteiler- 

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 kammer --2-- eintretende Vorlaufwasser des Primärnetzes wird unter Druckabbau über   Sprühdüsen --3--   in die Berieselungskammer --4-- gebracht, wo sich ein der Verdampfungstemperatur des Wassers entsprechendes Vakuum befindet. Das Vakuum hat nur eine teilweise Verdampfung des Wassers zur Folge, dem Rest wird die Verdampfungswärme entzogen, wodurch seine Abkühlung erfolgt. Niveaugeregelt durch das Schwimmerventil --5-- wird das abgekühlte Wasser mittels   Pumpe --6-- in   die Primärrücklaufleitung --7-- gedrückt.

   Aus der   Sekundärrücklaufleitung --8-- strömt   ebenfalls Wasser mit einer unterhalb der Sattdampftemperatur liegenden Temperatur einem   Düsensystem --9-- zu   und schlägt den Dampf nach dem Prinzip der Einspritzkondensation im   Injektor --10-- nieder   wodurch das Vakuum aufrecht bleibt. 



  Gleichzeitig wird durch eine Brüdenkompression eine örtliche, konstruktiv bedingte Druckerhöhung und damit ein Temperaturanstieg des Dampfes erzielt, während seine latente Wärme in den Sekundärkreislauf übertragen wird.   Einer"Restgrädigkeit"wird   damit entgegengewirkt. Über das Schwimmerventil --11-wird mittels einer Pumpe --12-- auch in diesem Bereich des Fernwärmeumformers das Niveau des Wasserspiegels gehalten. 



   Im erweiterten Teil der   Sekundärvorlaufleitung --13-- werden   bei verminderter Strömungsgeschwindigkeit Luftreste ausgeschieden (Vakuumerhaltung) und mit dem von der Dampfüberleitung stammenden sekundären Überschusswasser durch die   Leitung --14-- dem Entlüftungsventil --15-- bzw.   der Kammer -   zugeführt,   wodurch das Wasser wieder in den Primärkreislauf eingeht. Die Anzeige eines in die Leitung --14-- eingebauten Wasserzählers gibt, mit der spezifischen Verdampfungswärme multipliziert, ein relativ genaues Mass der durchgesetzten Wärmemenge.

   Um den ursprünglichen Zweck eines durch die Erfindung ersetzten Wärmetauschers zu erfüllen,   d. h.   die beiden Flüssigkeiten des   Primär- und   Sekundärkreislaufes zu trennen, befindet sich ein torusförmiger   Schwimmkörper --17-- im   Behälter, der bei aufsteigendem Wasserspiegel die beiden Systeme trennt. Das   Überdruckventil --18-- sorgt,   eventuell in Verbindung mit einem Windkessel, für einen vom Primärnetz unabhängig einstellbaren statischen Druck des Sekundärnetzes. Grundsätzlich kann das Verfahren mit jeder verdampfbaren Flüssigkeit und mit einer beliebigen Anzahl von in Serie geschalteten Pumpen in jedem Kreislauf realisiert werden und die Schwimmerventile können auch nach andern üblichen Systemen auf die absaugenden Pumpen wirken. 



  Ebenso kann der   Schwimmerkörper --17-- durch   Klappen oder sonstige Konstruktionen ersetzt werden, ohne die Wirkungsweise zu beeinflussen. 



     PATENTANSPRÜCHE   : 
1. Verfahren zur verbesserten Wärmeübertragung in Fernheiznetzen mit einer vergrösserten primären 
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 örtlichen Nähe des Wärmeverbrauchers (Umformstation) im Unterdruck teilweise verdampft wird, wobei es seine Verdampfungswärme dem unverdampften Wasser (Primär-Rücklauf) entzieht und dieses unter die sekundäre   Rücklauf temperatur   kühlt, während die latente Wärme des Dampfes nach einer Brüdenkompression (Temperaturerhöhung) durch Einspritzkondensation in den Sekundärkreislauf übertragen wird.

Claims (1)

1. 2. Wärmeumformer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge- k e n n z e i c h n e t, dass primäres Vorlaufwasser nach dem Eintritt durch einen Rohrstutzen (1) in eine Verteilerkammer (2) und den Durchlauf durch Sprühdüsen (3) im Unterdruck einer Berieselungskammer (4) teilweise verdampft, seine Verdampfungswärme dem über ein Schwimmerventil (5) und eine Pumpe (6) einer Primärrücklaufleitung (7) zufliessenden Wasser entzieht und dadurch unterkühlt, während sich das verdampfte Wasser durch den unter der Sattdampftemperatur liegenden, über ein Düsensystem (9) eingebrachten sekundären Rücklauf (8) im Injektor (10) nach einer Brüdenverdichtung, einschliesslich allfälliger Gas- bzw.

   Lufteinschlüsse niederschlägt, wobei die latente Wärme in den Sekundärkreislauf übertragen wird, der über ein weiteres Schwimmerventil (11) und eine weitere Pumpe (12) zur teilweise erweiterten Sekundär-Vorlaufleitung (13) führt, aus welcher das durch den Dampfübertritt anfallende sekundäre Überschusswasser zusammen mit den Lufteinschlüssen durch eine Leitung (14) über ein Überdruckventil (18) zum Entlüftungsventil (15) und dann in eine Kammer (16) fliesst, wonach es in gleicher Weise wie ursprünglich das primäre Vorlaufwasser verdampft, oder in den Primärkreislauf rückführbar ist. <Desc/Clms Page number 3> EMI3.1 Drucksteigerung in der Sekundärrücklaufleitung (8) die Brüdenkompression im Injektor (10) verstärkt wird und damit die Temperatur des zu kondensierenden Dampfes sowie die des Sekundärvorlaufes ansteigt.

   4. Wärmeumformer nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch das Zusammenwirken der Pumpe (12) mit dem Überdruckventil (18) und gegebenenfalls einem Windkessel mit Sicherheitsventil sowie weiteren Pumpen an jeder beliebigen Stelle des Sekundärnetzes dieses vom Überdruck im Primärnetz unabhängig ist, weil es mit dem Primärnetz nur über eine Vakuumzone verbunden ist.

   5. Wärmeumformer nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einer Funktionsstörung wie z. B. Pumpenausfall oder Vakuumverlust (Undichtheit) ein torusförmiger Schwimmkörper (17) einen Verschluss zwischen den beiden Kreisläufen bildet.