DE10007574A1

DE10007574A1 - Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen mindestens drei Wärmeträgermedien und Vorrichtungen zur Realisierung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE10007574A1
Application number: DE2000107574
Authority: DE
Inventors: Frank Triesch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: UA76083C2; DE10007574C2; RU2291364C2

Abstract

Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen mindestens drei Wärmeträgermedien und Wärmeübertrager (1) zur Realisierung dieses Verfahrens, bestehend aus den die Wärmeträgermedien zu- bzw. abführenden Anschlusskammern (2) und dem die Wärme übertragenden Wärmeübertragerpaket (3), wobei mindestens in eine die Wärmeträgermedien zuführende Anschlusskammer (2) eine Trennvorrichtung (4) eingepasst ist, welche bis in die Strömungskanäle hineinragen kann, gegebenenfalls im Betrieb oder im Stillstand automatisch oder per Hand im Einbauwinkel und/oder der Eintauchtiefe variierbar ist und dass an die sich bildenden Zuflussräume (5, 6) zumindest zwei Wärmeträgerzuführkanäle (7, 8) gesondert angeschlossen sind.

Description

Es ist bekannt, die Warmwasserbereitung im Durchflussprinzip, zum Beispiel in Wohngebäuden mit Fernwärmeversorgung zweistufig zu gestalten (Zschernig, Durchflusswassererwärmung contra Speicherlade system - Entwicklungstendenzen bei Hausanschlussstationen, Vortrag, gehalten anlässlich der 13. Fachmesse Fern-/Nahwärmetechnik am 19.02.1998 in Essen). Dazu werden üblicherweise zwei gelötete Plattenwärmeübertrager brauchwasserseitig in Reihe geschaltet, wobei die erste Stufe mit Rücklaufwasser aus dem Heizsystem des versorgten Gebäudes und die zweite Stufe mit Vorlaufwasser aus dem Fernwärmesystem oder anderen Wärmequellen betrieben wird, welches nach der zweiten Stufe ebenfalls der ersten Stufe zugeführt wird.

Ziel der zweistufigen Gestaltung der Brauchwasserbereitung ist die tiefere Auskühlung des Heizungsrücklaufwassers vor der Wiedereinleitung in das Fernwärmesystem durch die Nutzung des Kältepotenzials des zu erwärmenden kalten Brauchwassers.

Dabei ergeben sich in der bekannten Ausführung eine aufwendige Verrohrung zwischen den beiden Wärmeübertragern, ein hoher Druckverlust und Platzaufwand. Im Winter bei Heizbetrieb und hoher Heizungsrücklauftemperatur steht nur der Apparat der ersten Stufe der Rücklaufauskühlung zur Verfügung, die zweite Stufe wird nur teilweise oder gar nicht genutzt.

Für die zweistufige Brauchwasserbereitung ist es wegen der praktisch unbegrenzten Anzahl der Varianten der die Auslegung beeinflussenden Parameter der Heiz- und Brauchwasserbereitungssysteme nicht möglich, Baugrößen vorzubestimmen und serienmäßig herzustellen. Vielmehr wird jede Anlage für den konkreten Anwendungsfall ausgelegt. Dabei besteht die Schwierigkeit in der Auslegung bzw. Auswahl der Wärmeübertrager und insbesondere in der Leistungsaufteilung zwischen den Stufen in Ermangelung allgemeingültiger Auslegungsrichtlinien.

Zur Lösung einiger der genannten Probleme ist es ferner bekannt, die beiden gelöteten oder geschraubten Plattenwärmeübertrager für die zweistufige Warmwasserbereitung in einem Apparat zu vereinen (z. B. Singer N. M. u. a., Plattenwärmeübertrager in Systemen der Wärmeversorgung, Ekonomija Topliwa i Elektroenergii, Moskau, Energoatomisdat, 1995, S. 183-184). Dabei kann die externe Verrohrung durch die Vereinigung der beiden Wärmeübertrager und deren interne hydraulische Kopplung zum Teil vereinfacht werden. Auch können bei geschraubten Apparaten nachträglich Korrekturen an der Plattenanzahl und damit an der Wärmeübertragerleistung und an der Aufteilung der Leistung zwischen den Stufen vorgenommen werden. Dies wird jedoch mit einem höheren Wärmeübertragerpreis gegenüber gelöteten Apparaten und der Gefahr von Undichtheiten an den geschraubten Platten-Dichtungspaketen erkauft. Der Platzbedarf ist nicht wesentlich geringer, da um den geschraubten Apparat herum die Möglichkeit der Demontage des Plattenpaketes vorgesehen werden muß.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik das Problem zugrunde, die Wärmeübertragung zwischen mindestens drei Wärmeträgermedien effektiver zu gestalten.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile bestehen gemäß Anspruch 1 insbesondere darin, dass für die Wärmeübertragung zwischen mindestens drei Wärmeträgermedien nur ein Wärmeübertrager erforderlich ist.

Speziell für die zweistufige Warmwasserbereitung ist unter Nutzung der Erfindung lediglich ein vordringlich gelöteter Plattenwärmeübertrager erforderlich.

Eine vorteilhafte gegenständliche Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.

Durch die gezielte Einpassung einer Trennvorrichtung in zumindest eine Anschlusskammer von Wärmeübertragern können in zumindest einen der Strömungsräume zwei Wärmeträgermedien eingeführt werden. Für die zweistufige Warmwasserbereitung zum Beispiel können durch die Einpassung einer Trennvorrichtung in die Heizwasserzulaufkammer in diese sowohl der Heizwasserrücklauf als auch der Fernwärmevorlauf eingeführt werden. Durch die Regelung der Fernwärmevorlaufmenge erfolgt automatisch und stufenlos und damit optimal eine Aufteilung der von den beiden Heizwasserströmen genutzten Wärmeübertrager teilflächen. Dabei ist eine Vermischung der beiden Ströme im Apparat wegen der geringen Abmessungen der Wärmeübertragerkanäle praktisch ausgeschlossen, sofern eine saubere Trennung der Wärmeträgermedien in der Heizwasserzulaufkammer erfolgt.

Mit dem zweiten Wärmeübertrager entfallen auch dessen Verrohrung, Platzbedarf und Druckverlust. Insgesamt entstehen eine beträchtliche Vereinfachung des Warmwasserbereiters, eine kürzere Montagezeit und im Ergebnis eine nicht unerhebliche Kostensenkung.

Es wird den Baugrößen der Wärmeübertrager entsprechend die Schaffung von Baugrößen der zweistufigen Warmwasserbereitung möglich. Die Auswahl einer Baugröße wird wesentlich vereinfacht.

Zusätzlich kann eine ähnliche Trennvorrichtung in der das Brauchwasser zuführenden Anschlusskammer vorgesehen werden, um einen gesonderten Zuführkanal für das rezirkulierte Brauchwasser zu erhalten, welches mit höherer Temperatur als das Frischwasser eintritt.

Es ist möglich, die vorgeschlagene Trennvorrichtung in gelöteten oder geschraubten Plattenwärmeübertragern, im Mantel- oder Rohrraum von Rohrbündelwärmeübertragern, in Spiralwärmeübertragern und anderen Wärmeübertragerbauformen einzusetzen.

Auch sind andere Anwendungsfälle für den zwei- oder mehrstufigen Wärmeübertrager mit gleichartigen Wärmeträgermedien mit variablen oder festen Mengenstromverhältnissen denkbar.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 ermöglicht es, zumindest in einen Strömungsraum von Wärmeübertragern zumindest zwei Wärmeträgermedien gleichzeitig einzuführen, indem an diesem Strömungsraum zumindest eine zusätzliche Anschlusskammer angebracht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt einen serienmäßigen Wärmeübertrager 1, zum Beispiel einen Plattenwärmeübertrager, bestehend aus den die Wärmeträgermedien zu- bzw. abführenden Anschlusskammern 2 und dem die Wärme übertragenden Wärmeübertragerpaket 3, wobei in eine der Anschlusskammern 2 nachträglich eine zungenförmige Trennvorrichtung 4 mit Stützstrebe 4a eingeführt ist, welche durch eine kammförmige Ausbildung an beiden Längskanten bis in die entsprechenden Strömungskanäle hineinragt, wobei die Zähne der Trennvorrichtung 4 in ihrer Breite den Wärmeträgerkanälen entsprechen die Zahnabstände - der Blechstärke des Wärmeübertragerpaketes 3. An die sich bildenden Zuflussräume 5 und 6 sind zwei Wärmeträgerzuführkanäle 7 und 8 gesondert angeschlossen.

Der Wärmeübertrager 1 arbeitet als zweistufiger Warmwasserbereiter folgendermaßen:

Das zu erwärmende Wasser wird mit 5°C über eine der Anschlusskammern 2, z. B. die untere, dem Wärmeübertrager 1 zugeführt, durchströmt die entsprechenden Wärmeträgerkanäle des Wärmeübertragerpaketes 3 und sammelt sich erneut in der gegenüberliegenden - oberen Anschlusskammer 2, erwärmt auf 50°C. Zur Vorwärmung des zu erwärmenden Wassers dient das Rücklaufwasser aus dar Heizung mit 40°C, welches über den Wärmeträgerzuführkanal 8 und den Zuflussraum 6 in die entsprechenden Wärmeträgerkanäle gelangt, und zur Nachwärmung - das Fernwärmevorlaufwasser mit 78°C, welches über den Wärmeträgerzuführkanal 7 und den. Zuflussraum 5 in die selben Wärmeträgerkanäle gelangt. Die zungenförmige Trennvorrichtung 4 in dieser Anschlusskammer 2 verhindert sicher, dass sich die beiden Wärmeträgermedien vor dem Eintritt in die Wärmeträgerkanäle vermischen. Dazu ist die zungenförmige Trennvorrichtung 4 an der Innenwand der Anschlusskammer 2 eng anliegend und ragt mit ihren kammförmigen Zähnen beidseitig bis in die Wärmeträgerkanäle hinein. Da die zungenförmige Trennvorrichtung 4 mit ihren Zähnen in die Wärmeträgerkanäle hineinragt, teilt sie den. Querschnitt dieser Kammer 2 in zwei ungleiche Segmente. Das kleinere Segment ist dem Fernwärmevorlauf als Wärmeträgermedium mit dem höheren Vordruck und der geringeren Durchsatzmenge zugeteilt, das größere Segment - dem Heizungsrücklauf mit dem geringeren Vordruck und der größeren Durchsatzmenge. Damit das Fernwärmevorlaufwasser mit seinem höheren Druck nicht die zungenförmige Trennvorrichtung 4 in Richtung Zuflussraum 6 des Heizungsrücklaufwassers mit dem niedrigeren Druck verbiegt, hat die zungenförmige Trennvorrichtung 4 auf der Seite des Zuflussraumes 6 eine zusätzliche Stützstrebe 4a. Die zungenförmige Trennvorrichtung 4 ist unter einem solchen Winkel in der Anschlusskammer 2 angeordnet, dass eine möglichst große Fläche des Wärmeübertragerpaketes auch von dem Rücklaufwasser überstrichen wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Temperatur des Rücklaufwassers zur Warmwasserbereitung ausreicht und kein zusätzliches Fernwärmevorlaufwasser zur Nachwärmung erforderlich ist.

Der Erwärmung dient vorrangig das Rücklaufwasser aus der Heizung. Nur die zur Erreichung der gewünschten Endtemperatur des Warmwassers erforderliche Restwärme wird durch das Fernwärmevorlaufwasser eingebracht. Dieses strömt über den Wärmeträgerzuführkanal 7 und den Zuflussraum 5 zusätzlich in die entsprechenden Wärmeträgerkanäle, wo es kolbenförmig das Rücklaufwasser aus der Heizung verdrängt. Dadurch ergibt sich praktisch automatisch auch ein gewisser Warmwasservorrang vor der Heizung. Eine Vermischung kommt in den Wärmeträgerkanälen durch deren geringe Abmessungen von wenigen Millimetern praktisch nicht zustande. Je nach Mengenverhältnis überstreicht das Fernwärmevorlaufwasser einen mehr oder weniger großen Teil der Fläche des Wärmeübertragerpaketes, die dem Austritt des Warmwassers nahegelegen ist. Etwa auf die Temperatur des Rücklaufwassers von 50°C abgekühlt, strömen die beiden Wärmeträgermedien nun parallel durch die Wärmeträgerkanäle der gegenüberliegenden Anschlusskammer 2 zu, in welcher sie sich vermischen und mit ca. 27°C als Fernwärmerücklaufwasser austreten.

Die Fig. 2 zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit den üblichen die Wärmeträgermedien zu- und abführenden Anschlusskammern 2, dem die Wärme übertragenden Wärmeübertragerpaket 3 und einer zusätzlichen Anschlusskammer 9.

Die Fig. 1 zeigt einen Wärmeübertrager 1 mit den üblichen die Wärmeträgermedien zu- und abführenden Anschlusskammern 2, dem die Wärme übertragenden Wärmeübertragerpaket 3 und einer zusätzlichen rohrförmigen Trennvorrichtung 4.

Bezugszeichenaufstellung

1

- Wärmeübertrager

2

- Anschlusskammer

3

- Wärmeübertragerpaket

4

- Trennvorrichtung

4

a - Stützstrebe

5

- Zuflussraum

6

- Zuflussraum

7

- Wärmeträgerzuführkanal

8

- Wärmeträgerzuführkanal

9

- zusätzliche Anschlusskammer.

Claims

1. Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen mindestens drei Wärmeträgermedien, wobei immer mindestens zwei der Wärmeträgermedien miteinander letztendlich vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte oder jedes weitere Wärmeträgermedium in den Strömungsraum des Wärmeübertragers des jeweils mischbaren Wärmeträgermediums so eingeführt wird, dass es ohne vorherige Mischung neben diesem Wärmeträgermedium in den Strömungsraum gelangt, dieses Wärmeträgermedium dort kolbenförmig je nach Mengenverhältnis zumindest zonenweise verdrängt und dass durch die Wahl des gegebenenfalls im Betrieb oder im Stillstand automatisch oder per Hand variierbaren Ortes der Einführung des dritten Wärmeträgermediums dieses in jedem Betriebsfall eine optimale Wärmemenge am das erste oder jedes weitere Wärmeträgermedium abgibt bzw. von diesem/diesen aufnimmt.

2. Wärmeübertrager (1) für die zwei- der mehrstufige Wärmeübertragung zwischen mindestens drei Wärmeträgermedien gemäß dem Verfahrensanspruch 1 mit den die Wärmeträgermedien zu- bzw. abführenden Anschlusskammern (2) und dem die Wärme übertragenden Wärmeübertragerpaket (3), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in eine die Wärmeträgermedien zuführende Anschlusskammer (2) eine Trennvorrichtung (4) eingepasst ist, welche bis in die Strömungskanäle hineinragen kann, gegebenen falls im Betrieb oder im Stillstand automatisch oder per Hand im Einbauwinkel und/oder der Eintauchtiefe variierbar ist und dass an die sich bildenden Zuflussräume (5, 6) zumindest zwei Wärmeträgerzuführkanäle (7, 8) gesondert angeschlossen sind.

3. Wärmeübertrager (1) für die zwei- oder mehrstufige Wärmeüber tragung zwischen mindestens drei Wärmeträgermedien gemäß dem Verfahrensanspruch 1 mit den die Wärmeträgermedien zu- bzw. abführenden Anschlusskammern (2) und dem die Wärme übertragenden Wärmeübertragerpaket (3), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine ein drittes Wärmeträgermedium zuführende Anschlusskammer (9) an zumindest einen der Strömungsräume des Wärmeübertragers (1) zusätzlich angeschlossen ist.