<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entnahme von Wärme aus einem Wärme- trägerspeicher mit einer einerseits vom Wärmeträger und anderseits von einem aufzuwärmenden
Fluid durchströmten Gegenstromwärmetauschereinheit und einer Fördereinrichtung für den Wär- meträger.
Bekannte Vorrichtungen zur Entnahme von Wärme aus Wärmespeichern entnehmen den Wär- meträger üblicherweise aus dem heissen Bereich des Wärmeträgerspeichers über einen Wärme- trägervorlauf, pumpen den Wärmeträger mittels der Fördereinrichtung durch die Gegenstromwär- metauschereinheit und leiten den Wärmeträger anschliessend über einen Wärmeträgerrücklauf in den "kalten, unteren" Bereich des Wärmträgerspeichers zurück. Das aufzuwärmende Fluid durch- strömt die Wärmetauschereinheit derart, dass es eine gewünschte voreinstellbare Temperatur aufweist, wenn es die Wärmetauschereinheit verlässt.
Aufgrund von grossen Schwankungen in der Menge des aufzuwärmenden Fluides entstehen hohe Temperaturschwankungen des die Wärme- tauscher verlassenden Wärmeträgers, wodurch im ungünstigsten Fall sich im Wärmeträgerspei- cher warmer und kalter Wärmeträger vermischt, was die nutzbare gespeicherte Energie merklich mindert, da ja für eine gute Nutzung der Energie es gewünscht ist, dem Wärmeträger vor seiner Rückleitung in den kalten Bereich des Wärmeträgerspeichers soviel Energie wie möglich zu ent- ziehen. Deshalb ist es bekannt, anstatt herkömmlicher Speicher Schichtwärmespeicher einzuset- zen, bei denen der in den Speicher eingebrachte bzw. rückgeführte Wärmeträger stets der ent- sprechenden Temperaturschicht zugeführt wird. Diese Schichtwärmespeicher sind aber sehr aufwendig zu fertigen und deshalb teuer in der Anschaffung.
Ausserdem erfordern Schichtwärme- speicher einen erheblichen Steuer- und Regelaufwand, und deren Wirkungsgrad lässt ebenfalls zu wünschen übrig, da dem Wärmeträger kein Maximum an Wärme entzogen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entnahme von Wärme aus einem Wärmeträgerspeicher der eingangs geschilderten Art anzugeben, die mit möglichst geringem Material und Kostenaufwand eine möglichst gute Rückgewinnung von in einem Wärme- speicher gespeicherter Energie gestattet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Gegenstromwärmetauschereinheit aus we- nigstens zwei in Serie geschalteten Wärmetauschern besteht, wobei der erste der beiden Wärme- tauscher an den Wärmeträgervorlauf und der zweite der beiden Wärmetauscher über ein tempera- turgeregeltes bzw.-gesteuertes Ventil an den Wärmeträgerrücklauf des Wärmeträgerspeichers angeschlossen ist und dass an eine Verbindungsleitung für den Wärmeträger zwischen den beiden Wärmetauschern eine über ein Ventil in den Wärmeträgerspeicher mündende Überströmleitung anschliesst.
Die Gegenstromwärmetauschereinheit der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht aus zwei in Serie geschalteten Wärmetauschern, von denen der erste der beiden Wärmetauscher das aufzu- wärmende Fluid auf die gewünschte Endtemperatur erwärmt, und der zweite der beiden Wärme- tauscher für eine Vorwärmung des aufzuwärmenden Fluides sorgt. Das temperaturgeregelte bzw.
-gesteuerte Ventil dient dazu, dass kein zu warmes Wasser aus dem Wärmetauscher über den Wärmeträgerrücklauf in den Wärmeträgerspeicher geleitet wird und dem Wärmeträger somit mög- lichst viel Energie entzogen wird. Die dem Wärmeträgerspeicher entnommene Wärmeträgermenge wird derart geregelt, dass das die Gegenstromwärmetauschereinheit verlassende aufzuwärmende Fluid eine voreingestellte Temperatur erreicht, wobei der Wärmeträger einerseits über das tempe- raturgeregelte bzw.-gesteuerte Ventil in den Wärmeträgerrücklauf fliessen kann, wenn dem Wär- meträger eine ausreichende, voreinstellbare Wärmemenge entzogen wurde, oder aber über die Überströmleitung zwischen den beiden Wärmetauschern in den Wärmeträgerspeicher im Bereich zwischen Wärmeträgervorlauf und Wärmeträgerrücklauf mündet.
Das temperaturgeregelte bzw. gesteuerte Ventil lässt den Wärmeträger lediglich dann über den Wärmeträgerrücklauf in den Wär- mespeicher fliessen, wenn der Wärmeträger im Wärmetauscher auf eine voreinstellbare Tempera- tur abgekühlt wurde. Andernfalls fliesst der durch die Gegenstromwärmetauschereinheit geförderte Wärmeträger jeweils über die Überströmleitung in den Wärmeträgerspeicher. Damit ist sicherge- stellt, dass dem Wärmeträger einerseits möglichst viel Energie zur Erwärmung des Fluides entzo- gen, anderseits aber die heisse Zone des Wärmeträgerspeichers dabei möglichst wenig abgekühlt wird, wodurch sich eine maximale Temperaturspreizung zwischen warmer und kalter Zone ergibt.
Das Ventil in der Überströmleitung kann ein geregeltes bzw. gesteuertes Ventil sein, besonders vorteilhafte, weil einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn das Ventil in der Über-
<Desc/Clms Page number 2>
strömleitung ein Rückschlagventil eine Rückschlagklappe oder ein Überdruckventil ist, welches Ventil automatisch öffnet, wenn das temperaturgeregelte bzw. gesteuerte Ventil schliesst und die Fördereinrichtung Wärmeträger durch die Gegenstromwärmetauschereinheit pumpt.
Um die Temperaturverteilung in der heissen Zone des Wärmeträgerspeichers möglichst vorteil- haft zu beeinflussen und um keine Vermischung von heissem und kaltem Wärmeträger befürchten zu müssen, wird vorgeschlagen, dass die Überströmleitung im oberen Drittel des Wärmeträgerspei- chers in den Wärmeträgerspeicher mündet.
Um insbesondere bei sonst nach längeren Entnahmepausen möglichen Übertemperaturen von z. B. mehr als 65 C des aufzuwärmenden Fluids Abhilfe zu schaffen, ist für die Fördereinrichtung eine Steuereinheit vorgesehen, die Signale von einem Strömungsschalter am Einlauf des zweiten Wärmetauschers und einem Temperatursensor im Auslaufbereich des ersten Wärmetauschers empfängt und die Fördereinrichtung bei Anströmung des Strömungsschalters nur einschaltet, wenn am Temperatursensor keine Übertemperatur anliegt.
Wird eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemässen Vorrichtung angestrebt, emp- fiehlt es sich, wenn die Wärmetauscher der Gegenstromwärmetauschereinheit Plattenwärmetau- scher sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Anlagenschemas beispielsweise dargestellt.
Eine Vorrichtung zur Entnahme von Wärme aus einem Wärmeträgerspeicher 1 umfasst eine einerseits vom Wärmeträger und anderseits von einem aufzuwärmenden Fluid durchströmten Gegenstromwärmetauschereinheit 2 und einer Fördereinrichtung 3 für den Wärmeträger. Die Gegenstromwärmetauschereinheit 2 ist über einen Wärmeträgervorlauf 4 und über einem Wärme- trägerrücklauf 5 an den Wärmeträgerspeicher 1 angeschlossen, wobei der Wärmeträgervorlauf 4 in die heisse Zone und der Wärmeträgerrücklauf 5 in die kalte Zone des Wärmeträgerspeichers 1 mündet. Ausserdem wird die Gegenstromwärmetauschereinheit 2 über eine Zuleitung 6 mit einem aufzuwärmenden Fluid versorgt und wird das in der Gegenstromwärmetauschereinheit 2 aufge- wärmte Fluid anschliessend über eine Ableitung 7 an ein nicht näher dargestelltes Warmwassemetz abgegeben.
Die Gegenstromwärmetauschereinheit 2 besteht aus zwei in Serie geschalteten Wärmetau- schern 8,9, wobei der erste der beiden Wärmetauscher 8 an den Wärmeträgervorlauf 4 und der zweite der beiden Wärmetauscher 9 über ein temperaturgeregeltes bzw.-gesteuertes Ventil 10 an den Wärmeträgerrücklauf 5 des Wärmeträgerspeichers 1 angeschlossen ist. Dem ersten Wärme- tauscher 8 zugeführter Wärmeträger wird über eine Verbindungsleitung 11an den zweiten Wärme- tauscher 9 weitergeleitet oder aber mündet über eine an die Verbindungsleitung 11angeschlosse- ne Überströmleitung 12 und ein in der Überströmleitung 12 angeordnetes Ventil 13 in den Wärme- trägerspeicher und zwar im oberen Drittel des Wärmeträgerspeichers 1.
Dem Rücklauf des aufzuwärmenden Fluids des ersten Wärmetauschers 8 ist ein an eine Steu- ereinheit 14 angeschlossener Temperatursensor 15 zugeordnet, ferner ist am Einlauf des zweiten Wärmetauschers 9 ein Strömungsschalter 18 vorgesehen, der ebenfalls mit der Steuereinheit 14 verbunden ist, wobei diese Steuereinheit 14 die Fördereinrichtung 3 nur dann einschaltet, wenn beim Ansprechen des Strömungsschalters am Temperatursensor 15 keine Übertemperatur anliegt.
Durch Entnahme über die Leitung 7 wird die höhere Temperatur im Wärmetauscher 8 rasch abge- baut, so dass dann die Fördereinrichtung wieder einschaltet.
Zur Erreichung der gewünschten Rücklauftemperatur des aufzuwärmenden Fluids wird der Wärmeträger von der Fördereinrichtung 3 zuerst dem ersten Wärmetauscher 8 und anschliessend über die Verbindungsleitung 11dem Wärmetauscher 9 zugeführt. Das aufzuwärmende Fluid strömt zunächst über die Zuleitung 6 durch den zweiten Wärmetauscher 9 und anschliessend über eine Leitung 16 durch den ersten Wärmetauscher 8, wo es auf die gewünschte Endtemperatur gebracht wird. Im zweiten Wärmetauscher 9 auf ein voreingestelltes Mass abgekühlter Wärmeträger, welches Mass von einem Temperatursensor 17 erkannt wird, wird über den Rücklauf in den kalten Bereich des Wärmeträgerspeichers 1 zurückgefördert. Ist das Ventil 10 gesperrt, kann der Wärmeträger über die Überströmleitung 12 und das Ventil 13 in den Wärmeträgerspeicher 1 rückströmen.
Der Vollständigkeit halber wurde in der Zeichnung noch strichliert eine aus Pumpe 19 und Rückschlagventil 20 in einer Kurzschlussleitung 21 bestehende Umwälzeinrichtung dargestellt, die bei längeren Entnahmepausen einschaltet, um zu gewährleisten, dass an den Entnahmestellen ausreichend erwärmte Flüssigkeit zur Verfügung steht.