DD237879A1

DD237879A1 - Waermespeicher fuer heizwasser

Info

Publication number: DD237879A1
Application number: DD27682285A
Authority: DD
Inventors: Guenter Schoebel; Eberhard Koehler; Roger Wegner; Guenter Glaeser
Original assignee: Ve Kom Verbundnetze En Stammbe
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1986-07-30

Abstract

Der Waermespeicher fuer Heizwasser, der mit niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck beaufschlagt wird, ist geeignet, in einem Heiznetz den schwankenden Waermebedarf auszugleichen. Das Ziel der Erfindung ist es, den materiellen Aufwand gering zu halten und den Betriebs- und Wartungsaufwand zu minimieren, wobei die Aufgabe darin besteht, die Korrosion zu beherrschen, die insbesondere an der Wandung des Speicherbehaelters, im Bereich des Hohlraumes ueber dem Fluessigkeitsspiegel, auftritt. Das wird erreicht, indem der Hohlraum mit Sattdampf aufgefuellt wird, der im Speicherbehaelter selbst erzeugt wird. Dazu ist eine Zerstaeubungseinrichtung erforderlich, die ueber dem Fluessigkeitsspiegel im Speicherbehaelter angeodnet ist. Unter der Zerstaeubungseinrichtung ist eine Abdeckplatte gefuehrt, die auf dem Fluessigkeitsspiegel schwimmt. Diese Anordnung der einzelnen Elemente verhindert neben der Korrosion auch lokale Temperaturerhoehungen und unkontrollierte Druecke. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für Heizwasser, der mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur betrieben wird und dessen Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel mit einem, die Korrosion des Speicherbehälters verhinderndem Gas gefüllt ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Speicherung von Wärmeenergie, die in flüssigen Medien enthalten ist, sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die eine verlustarme Lagerung und Wiederverwendung ermöglichen. Das trifft besonders für die Aufbewahrung der Anfallenergie aus Kraftwerken zu und deren erneute Zuführung in den Kraftwerksprozeß.

Diese Wärmespeicher sind für Wassertemperaturen ausgelegt, die büer dem atmosphärischen Siedepunkt liegen und höhere Drücke aufnehmen können. Die Wandungen der Speicherbehälter sind entsprechend diesen Anforderungen ausgebildet, so daß risikolos der über dem Flüssigkeitsspiegel liegende Hohlraum mit Dampf aufgefüllt werden kann. Der dazu erforderliche Dampf wird einmal von außen dem Speicherbehälter unter entsprechendem Druck zugeführt, oder im Behälter selbst erzeugt, indem durch eine Druckabsenkung im Behälter das Heizwasser zur Ausdampfung gebracht wird. Diese als Druckbehälter ausgebildeten Wärmespeicher sind materialintensiv und verursachen dadurch hohe Kosten, die den Effekt der Wärmespeicherung verringern.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden Wärmespeicher vorgeschlagen, die vorwiegend nur hydrostatisch beansprucht werden und somit ein größeres Volumen aufnehmen können. Diese Wärmespeicher sind ebenfalls zur Aufnahme von Heizwasser mit einer Wassertemperatur, die nahe der atmosphärischen Siedetemperatur liegt, geeignet. Konstruktiv sind sie derart ausgebildet, daß der Flüssigkeitsspiegel vollständig abgedeckt ist und die Abdeckung sich dem schwankenden Flüssigkeitsspiegel anpaßt. Damit ist kein Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel und der Abdeckung vorhanden.

Die Nutzung von Wärmeenergie, die ein niedriges Temperaturniveau aufweist, wird verstärkt erforderlich. Das gut auch für die Nutzung von Heizwasser mit einer Temperatur, die unter der atmosphärischen Siedetemperatur liegt. Da der energetische Gehalt gering ist, sind auch die dazu erforderlichen Aufwendungen gering zu halten. So sind Wärmespeicher bekannt, deren Speicherbehälter ebenfalls nur hydrostatisch belastet werden und die Temperatur der Speicherflüssigkeit unter der atmosphärischen Siedetemperatur liegt. Kritisch an diesen Wärmespeichern ist der Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel, da in diesem die Korrosion der Wandung des Speicherbehälters begünstigt wird. ZurVermeidung dieser Korrosion wird der Hohlraum überwiegend mit einem Inertgas gefüllt. Dazu ist es erforderlich, eine Einrichtung dem Speicherbehälter zuzuordnen, die den Hohlraum mit dem Inertgas versorgt. Eine solche Einrichtung und das ständige betriebsbereite Füllen mit Inertgas verursachen hohe Kosten, die den Effekt der Wärmenutzung herabsetzen.

Die bekannten Lösungen für die Auflastung des Flüssigkeitsspiegels des Speicherbehälters eines Wärmespeichers mittels Dampf sehen eine direkte Dampfzuführung vor, wobei der Dampf einmal in Anlageteilen des Wärmespeichers erzeugt oder von anderen Anlagen in den Hohlraum geleitet wird. Die dabei entstehenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen sind durch diese Verfahren sehr hoch, wodurch ein höherer Bauaufwand zur Beherrschung der Kräfte erforderlich wird. Eine vorgeschlagene Füllung des Hohlraumes mittels Dampf ist außerdem problematisch, da der Speicherbehälter nur geringen Temperaturbeanspruchungen standhält und eine Druckerhöhung nicht zugelassen werden kann. Weiterhin wäre auch hierbei eine Einrichtung erforderlich, die neben dem Speicherbehälter einen Ausdampfbehälter erforderlich werden läßt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Wärmespeicher für Heizwasser derart zu gestalten, daß die Baukosten für den Speicherbehälter und die Zusatzeinrichtungen gering gehalten werden und der Aufwand für das Betreiben minimiert wird, es ist dabei ein hoher Speichereffekt zu erreichen, der bei hoher Betriebssicherheit die Versorgungsaufgaben wirkungsvoll erfüllt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicher zu entwickeln, der vom Volumen aus eine hohe Speicherkapazitätfür Heizwasser mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck aufweist, wobei mechanische, thermische und korrosive Einwirkungen auf den Speicherbehälter gering zu halten sind.

Die Ausdampfung des Heizwassers durch Druckabsenkung kann nicht angewendet werden, da lediglich Heizwasser unter der atmosphärischen Siedetemperatur vorhanden ist. Bei den vorgesehenen druckarmen Behältern würde somit ein Unterdruck entstehen, der das gesamte Speichersystem gefährden kann. Die Füllung des Speicherbehälters mit kaltem Wasser läßt diese Möglichkeit der Dampferzeugung nicht zu.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem in den Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel des Speicherbehälters eine Heizwasserleitung von außen hineingeführt ist, an deren Ende eine Zerstäubungseinrichtung für das Heizwasser angelenkt ist. Unter der Zerstäubungseinrichtung auf dem Flüssigkeitsspiegel ist schwimmend eine Abdeckplatte angeordnet.

Bei gefülltem Speicherbehälter mit Heizwasser wird durch die Heizwasserleitung das zu entspannende Heizwasser der Zerstäubungseinrichtung zugeführt. Die Zerstäubungseinrichtung setzt den Druck des Heizwassers herab, so daß eine Ausdampfung erfolgt, und verhindert zugleich eine Kavitation in der Heizwasserzuführungsleitung. Des weiteren wird durch diese Zerstäubungseinrichtung die Wandung des Speicherbehälters vor einer direkten Einwirkung des Dampf-Wasser-Gemisches geschützt, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht wird, und außerdem eine Vermischung des im Hohlraum befindlichen Sattdampfes mit dem durch die Entspannung entstehenden Dampf höherer Temperatur teilweise bereits in der Zerstäubungseinrichtung erfolgt.

Bei der Entladung und damit Füllung des Speicherbehälters mit kaltem Wasser entsteht auf dem kalten Wasser eine Grenzschicht heißen Wassers. Eine plötzliche Dampfkondensation würde durch Tropfwasser diese Grenzschicht zerstören, wobei unbeabsichtigte Belastungszustände auf die Wandungen des Speicherbehälters übertragen werden. Die unter der Zerstäubungseinrichtung angeordnete Abdeckplatte verhindert das direkte Aufschlagen von Tropfwasser auf die Grenzschicht und leitet — durch die konstruktive Ausgestaltung — das Kondensat mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in die Grenzschicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1: eine Gesamtübersicht eines Heizsystems mit einem Wärmespeicher

Fig. 2: die Einzelheit einer Zerstäubungseinrichtung, die zentrisch über den Flüssigkeitsspiegel nach oben gerichtet ist

Fig.3: eine ringförmig ausgebildete Zerstäubungseinrichtung

Fig.4: eine Abdeckplatte

Der Wärmespeicher für Heizwasser niedriger Temperatur, der vorwiegend hydrostatisch belastet ist, wird in der Figur 1 in der Gesamtübersicht gezeigt und umfaßt einen Speicherbehälter 1, in den über dem Flüssigkeitsspiegel eine Heizwasserleitung 3 hineinragt. Der Heizwasserleitung 3 ist ein Regelventil 2 vorgeordnet. Im Speicherbehälter 1 ist die Heizwasserleitung 3 bis zur Behälterachse geführt und endet an einer senkrecht zum Behälterdach gerichteten Zerstäubungseinrichtung 4. Die Zerstäubungseinrichtung 4 gemäß Figur 2 besteht aus einer kegelförmigen Erweiterung, in die ein mit Längskerben versehener Vollkegel 12 eingreifen kann. Im Abstand von der Erweiterung der Zerstäubungseinrichtung 4 ist ein Prallkörper 5 angeordnet, der zur Erweiterung hin eine konkave Krümmung aufweist. Vorzugsweise ist der Prallkörper 5 mit einer Tropfkante 13

Unter der Zerstäubungseinrichtung 4 ist eine Abdeckplatte 6 für den Flüssigkeitsspiegel 16 geführt. Die flächendeckenden Abmessungen der Abdeckplatte 6 sind größer gewählt als die Tropfkante 13 des Prallkörpers 5. In der Figur 4 ist die Abdeckplatte näher dargestellt. So weist sie vorzugsweise neben der zentrischen Führungsöffnung 14 sternförmig verlaufende Längsrillen 15 auf, die am äußeren Rand bis unter den Flüssigkeitsspiegel 16 geführt sind. Eine gegebenenfalls äußere ringförmige Rille 17 ist unmittelbar am Flüssigkeitsspiegel 16 angeordnet.

Die Figur 3 zeigt eine ringförmig ausgebildete Zerstäubungseinrichtung 4, die an die Heizwasserleitung 3 angelenkt ist.Eine Variante weist Ausströmöffnungen 18 auf, die teilweise senkrecht nach oben und/oder teilweise über der Waagerechten gegeneinander gerichtet sind. Ein dazu angepaßter Prallkörper 5 ist über dieser Zerstäubungseinrichtung 4 angeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Zerstäubungseinrichtung 4 mit der Erweiterung gegen die Abdeckplatte 6 gerichtet. Die Abdeckplatte 6 ist im Zentrum gleichzeitig als Prallkörper 5 ausgebildet.

Das Heizwasser strömt durch das Regelventil 2 und die Heizwasserleitung 3 in die Zerstäubungseinrichtung 4 mit höherem Druck und höherer Temperatur als das im Speicherbehälter 1 befindliche Heizwasser. Durch die Zerstäubung und damit Entspannung des Heizwassers entsteht ein Dampf, der eine höhere Temperatur aufweist als die des Sattdampfes, der sich im Speicherbehälter 1 befindet. Es erfolgt durch das Sprühen eine Vermischung der Dampfvolumina, so daß eine örtliche Temperaturanhebung insbesondere an der Wandung des Speicherbehälters 1 vermieden wird. Kondensiertes Wasser sammelt sich vorwiegend am Prallkörper 5 der Zerstäubungseinrichtung 4 und tropft von der Tropfkante 13 auf die Abdeckplatte 6, von der das heiße Wasser nur in die obere Schicht der Speicherfüllung fließt.

Wird der maximale Wasserstand erreicht, pumpt die Fördereinrichtung 7 das überflüssige Wasser aus dem Bereich kälteren Wassers über eine untere Ein-/Ausströmeinrichtung 8 in das Heiznetz 9, von dem es über einen Abströmregler 10 der Druckhaltung des Heiznetzes 9 in einen Ausgleichsbehälter 11 fließt.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Wärmespeicher für Heizwasser mit wechselnder Temperatur und niedrigem Druck, dessen Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel mittels einer zugeordneten Einrichtung mit einem Füllgas aufgelastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Flüssigkeitsspiegel (16) eines Speicherbehälters (Deine Heizwasserleitung (3) hineinragt, an deren vorderem Teil eine Zerstäubungseinrichtung (4) für das Heizwasser angelenkt ist, die aus einer Einrichtung für den Druckabbau und einem Prallkörper (5) besteht, und unter der Zerstäubungseinrichtung (4) auf dem Flüssigkeitsspiegel (16) eine Abdeckplatte (6) angeordnet ist.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwasserleitung (3) bis zur Mittelachse des Speicherbehälters (1) und senkrecht nach oben gerichtet, geführt ist.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung (4) aus einer kegelförmigen Erweiterung der Heizwasserleitung (3) besteht.

4. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (5) eine zur Zerstäubungseinrichtung (4) konkav gekrümmte Platte ist.

5. Wärmespeicher nach Anspruch 1 und 4,dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (5) topfförmig als Dampfdom ausgebildet ist, der an seinem unteren Rand eine Tropfkante (13) aufweist.

6. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß in der kegelförmigen Erweiterung der Zerstäubungseinrichtung (4) ein Vollkegel (12) eingreift, derauf seiner Mantelfläche mit Längskerben versehen ist.

7. Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Heizwasserleitung (3) ringförmig um die Mittelachse des Speicherbehälters (1) die Zerstäubungseinrichtung (4) geführt ist und Ausströmöffnungen (18) aufweist.

8. Wärmespeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (5) ringförmig über den Ausströmöffnungen (18) angeordnet ist.

9. Wärmespeicher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwasserleitung (3) von der Wandung des Speicherbehätlers (1) zwischen der Abdeckplatte (6) und dem Prallkörper (5) geführt ist.

10. Wärmespeicher nach Anspruch 2,3 und 6₍dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung (4) senkrecht zum Flüssigkeitsspiegel geführt ist.

11. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (6) unter die Zerstäubungseinrichtung (4) geführt ist.

12. Wärmespeicher nach Anspruch 4,5 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (6) größer als der Prallkörper (5) ausgebildet ist.

13. Wärmespeicher nach Anspruch 11,12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (6) eine oder mehrere Radialrillen (17) aufweist.

14. Wärmespeicher nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Abdeckplatte (6) mit sternförmigen Längsrillen (15) versehen ist.

15. Wärmespeicher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sternförmigen Längsrillen (15) bis unter den Flüssigkeitsspiegel (16) geführt sind.