DE1751789B2 - Vorrichtung zur erhitzung eines fluids durch indirekte waermeuebertragung - Google Patents

Description

- gabemengen »ηoh ohne die Verwendung eines Είη-■, spritikülilers abgeben kann,
'' Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, 4aß " jm oberen Teil des Gehäuses ein Zwischen wärmeträger vorgesehen ist, dessen Schmelzpunkt höher ^f liegt als der Schmelzpunkt des im unteren Teil des Gehäuses vorgesehenen Zwischenwärmeträgers, und : daß in an sich bekannter Weise der Eintritt des Fluids im unteren Teil imd der Austritt im oberen Teil des Gehäuses liegt.

Durch die Erfindung ist in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Fluids durch indirekte Wärmeübertragung geschaffen, bei der die geschilderten Nachteile beseitigt sind und bei der die Zwischenwärmeträger getrennt für die unterschiedlichen Forderungen der Verdampfung und der Überhitzung des Fluids ausgewählt und angepaßt werden können. Bei stark schwankenden Abgab^mengen kann so die Temperatur des abzugebenden Fluids in einer engen Grenze gehalten werden, und die Nachschaltung eines Einspritzkühlers zur Temperaturregelung wird vermieden.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar zeigt

F ι g. 1 eine schematische Seitenansicht einjs Ausführungsbeispiels,

F i g· 2 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in der F i ι». Ϊ und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in der Fin. 2.

Gemäß Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel au·· einem durch einen Deckel 2 und einen Boden 3 verschlossenen Gehäuse lft. das gemäß Fig. 1 bis 3 durch eine Trennwand 28 aus Isoliermaterial in einen pb.ren Teil 26 und einen unteren Teil 27 aufgeteilt ist Unter dem Gehäuse 1 ft ist eine Verbrennungskammer 4 mit einem Brenner 19 ft angebaut. Das Gehäuse 1 ft und die Verbrennungskammer 4 können von einer nicht gezeigten Wärmeisolierung umgeben scm. F.in Heizflächenrohr erstreckt sich von einem Einlaß 8 am Gehäuseunterteil 27 schraubenförmig mit einem Abschnitt 11 ft durch den unteren Gehäuseteil 27 und mit einem Abschnitt lic durch den oberen Gehäuseteil 26 wobei beide Abschnitte durch einen durch die Trennwand 28 gehenden senkrechten Abschnitt verbunden sind. Das Heizflächenrohr verläßt an einem Auslaß 9 ft den Gehäuseoberteil 26. An dem Auslaß 9 Λ ist Jann ein Verbraucher 12 ft für das erhitzte Fluid angeschlossen.

Vom Boden 3 erstrecken sich mit der Verbrennungskammer 4 in Verbindung stehende Kanäle 7 ft durch den unteren Gehäuseteil 27. die Trennwand 28. den oberen Gehäuseteil 26 und durch den Deckel 2. Die Kanu " ' I

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Temperatur im oberen Gehäuseteil 16 die aus der Verbrennungskammer 4 kommenden Verbrennungsgase wahlweise In der einen Klappenstellung vollständig bereits durch, das zweite Abgassammeirohr 6c abgeleitet werden können oder in der anderen Knappen-Stellung noch durch die sich im oberen Gehäuseteil 26 befindenden Kanäle Ic in das darüber angeordnete erste Abgassammelrohr 6 ft strömen können-Zwischenstellungen der Ventilklappen 29 bei ent-

IQ sprechenden Temperaturen im oberen Gehäuseteil 26 ermöglichen eine beliebige Aufteilung der Verbrennungsgase auf die beiden Abgassammeirohre 6b Und 6 c.

Der ganze Innenraum zwischen den Kanälen und dem Heizflächenrohr ist im unteren Gehäuseteil 27 mit einem Zwischenwärmeträger 13 c und im oberen Gehäuseteil 26 mit einem Zwischenwärmeträger 13 ft ausgefüllt, wobei die Schmelztempe.atur des Zwischenwärmeträgers 13 ft über der des Zwischenwärmeträgers 13 c liegt. Dabei umgeben die beiden Zwischenwärmeträger dicht die durch das Gehäuse gehenden Kanäle 7 ft und die Heizflächenrohrabschnitte lift und lic sowie den senkrechten Verbindungsabschnitt. Ein in den Zwischenwärmeträger 13 c im unteren Gehäuseteil 27 nahe dem Boden 3 eingebetteter Thermostat 22 ft steuert über ein Ventil 21 ft die Brennstoffmenge für den Brenner 19 ft. Da die Schmelztemperaturen der Zwischenwärmeträger ausreichend weit von der Temperatur des Heizflächenrohres, bei dem dieses einen Schaden erleiden würde, entfernt liegen, kann das Heizflächenrohr auch beim Fehlen von Fluid nicht zerstört werden, womit ein einwandfreier Trockengehschutz gewährleistet ist. Am Einlaß 8 ist an das Heizflächenrohr eiue Fluidzuleitung 14 angeschlossen, in die eine Pumpe 16 ft ein*³ im wesentlichen konstante Menge flüssiges Fluid liefert, wobei die Menge etwas größer ist als die maximale von der Vorrichtung zu liefernde Menge von erhitztem Fluid. Die Überschußmengt wird durch eine Nebenflußleitung 17 ft, in die ein auf den Druck zwischen der Pumpe 16 ft und dem Einlaß 8 ansprechendes Ventil 18 ft eingebaut ist, zurückgeführt. Der Druckabfall ändert sich in diesem Ventil 18 ft in dem Bereich von der maximalen bis zur minimalen Strömungsgeschwindigkeit nur geringfügig, und das Ventil hält in dem Einlaß 8 einen im wesentlichen konstanten Druck des gelieferten flüssigen Fluids aufrechi. Die Hei/fiächenrohrabschnitte 11 ft und lic sind so bemessen, daß der Druckabfall zwischen dem Einlaß 8 und dem Auslaß 9ft bei maximalem Durchsat/ gering ist. Daher wird durch die Drucksteuerung am Einlaß 8 auch der Druck am Auslaß 9 ft für alle abgegebenen F'uidmengen in engen Grenzen gehalten.

"i 55 Die Bemessung der Heizflächenrohrabschnitte 11 ft und lic sowie der Volumen der Zwischenwärmeträger 13 ft und 13 c erfolgt so. daß eine vollständige Verdampfung auch der maximalen Menge des züge-■1 führten flüssigen Fluids in dem im unteren Gehäuseteil 27 befindlichen unteren Heizflächenrohrabschnitt lift stattfindet, während das in den im oberen Gehäuseteil 26 befindlichen Heizflächeiirohrabschnitr 11 r gelangende verdampfte Fluid auf die gewünschte überhitzte Temperatur weiter aufgewärmt wird, mi

der es dann am Auslaß 9 ft die Vorrichtung verläßt.

Der Brenner 19ft ist so bemessen, daß er eint etwas prößet .· Wärmemenge erzeugt, als die Vorrieh tung in dem erhitzten Fluid am Auslaß 9 ft abgibt

um den unterschiedlichen Wärmebedarf des Vef- Einschäl fön desi Brenners 19b der" Betriebszustand ύ bratichers 12 fr i\i decken. Bei dem sich ändernden ärij so sinkt bei eingeschaltetem Brenner die Terilpe-Bedarf des Verbrauchers treten daher verschiedene fatüf des NaGH auf den Schmelzpunkt Vöri 3*18° G Betriebszuständs der Vorrichtung aüfj von denen die ab, Von Wq ab die latente Schmelzwärme iriit im Wedrei Haüptbetriebszüstäitde Wie folgt definiert werden 5 seritlichen konstanter Temperatur des NäÖH an den kcinnert! Heizfläcfienrohrabschriittllft abgegeben wird.· Bei

noch weiter anhaltendem Betriebszustand c erfolgt

Betriebszustand a: Die vom Brenner erzeugte Wärme- _ej_n weiterer Temperaturabfall des NaOH, wobei somenge ist gleich dem Bedarf des Verbrauchers, wohl Eigenwärme als auch latente Wärme, die m^;t und die mittleren Temperaturen der Zwischen- _{l0 e}mer Änderung der Kristallstruktur des NaOH \erwärmeträger bleiben konstant. bunden ist, abgegeben wird. Die Änderung der Betriebszustand b: Die von dem Brenner erzeugte Kristallstruktur und damit die Möglichkeit, latente Wärmemenge ist größer als der Bedarf des Wärme abzugeben, endet bei etwa 177^CC. Daher Verbrauchers, und die Differenz wird von den reicht der praktische Temperaturbereich, für den Zwischenwärmeträgern gespeichert. *5 NaOH als Zwischenwärmeträger verwendet werden

kann, von 482 bis 177 C. wobei beim Durchlaufen

Betriebszustand c: Die von dem Brenner erzeugte des ganzen Bereiches etwa 225 kcal kg abgegeben Wärmemenge ist geringer als der Bedarf des werden.

Verbrauchers, und die Differenz wird als gespei- z_ur überhitzung des verdampften Fluids auf eine

cherte Wärmemenge von den Zwischenwärme- ₂₀ Temperatur von 454 bis 51O¹C kann der Therträgern abgegeben. mostaf 32 für die Betätigungsvorrichtung 31 der Ven

tilklappen 29 in der zweiten Abgassammelleitung 6 c

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird so eingestellt werden, daß bei einer Maximaltempeim oberen Gehäuseteil 26 als Zwischenwärmeträger ratur von 510 C die Verbrennungsgase bereits am 13 b LiOH. das seinen Schmelzpunkt bei 471 - C und 25 Ende des unteren Gehäuseteils 27 die Vorrichtung eine latente Schmelzwärme von 208,5 kcal'kg hat, und durch die zweite Abgassammelleitung 6 c verlassen in dem unteren Gehäuseteil 27 als Zwischenwänne- und keine weitere Aufheizung des Zwischenwärmeträger 13c NaOH verwendet, das seinen Schmelz- trägers 13 ft mehr erfolgt. Der untere Schaltpunkt des punkt bei 318" C und eine latente Schmelzwärme von Thermostaten 32 kann auf eine Temperatur einge-3Γ..9 kcal kg hat. Die Auswahl der Materialien für die 30 stellt werden, die kurz oberhalb des Schmelzpunkte*- Zwischenwärmeträger wird durch die thermischen des Zwischenwärmeträger LiOH liegt. Beim BeEigenschaften und durch die Beschaffungskosten der triebszustand a bleibt die Temperatur des LiOH kon-Materialien bestimmt. So betragen die Kosten des stant, und beim Betriebszustand b steigt die Tempe-NaOH ' 10 der des LiOH, was bei den größeren be- ratur des LiOH bis auf 510 C an. worauf die Benötigten Mengen im unteren Gehäuseteil 27 von Be- 35 tätigungsvorrichtung 31 die Ventilklappen 29 umdeutung ist. schaltet. Bei dem Betriebszustand c fällt die Tempeln allen Betriebszuständen arbeiten die beiden Ge- ratur des LiOH von 510 auf 482" C ab. worauf die häuseteile 26 und 27 unabhängig voneinander, wobei Ventilklappen 29 wieder umgeschaltet werden. Hält der untere Gehäuseteil 27 die verhältnismäßig große, der Betriebszustand c weiter an. so sinkt die Tempezur Verdampfung des Fluids erforderliche Wärme- 40 ratur des LiOH auf den Schmelzpunkt von 471^? C menge und der obere Gehäuseteil die geringere, zur ab. bei der sie unter Abgabe eines mehr oder weniger Überhitzung des verdampften Fluids erforderliche großen Teils der latenten Schmelzwärme, die mit Wärmemenge über die Heizflächenrohrabschnitte 11 b 208,5 kcal/kg die größte unter den Alkalimetallbzw, lic- abgibt. Der Thermostat22b kann nun so hydroxyden ist, konstant bleibt. In der ZwL.-henzeit eingestellt werden, daß er den Brenner 19 b abschal- 45 erfolgt jedoch wieder durch die Tätigkeit des Thertet, wenn in seiner Umgebung die Temperatur des mostaten 22 b eine Wärmezufuhr durch den Brenner NaOH auf 482° C angestiegen, und daß er den 19 b, da auch die Temperatur des ZwischenwMrme-Brenner wieder einschaltet, wenn die Temperatur auf trägers 13 c im unteren Gehäuseteil 27 auf oder unter 371 ° C abgefallen ist die Schalttemperatur gesunken ist

Beim Betriebszustand a bleibt die Temperatur des 50 Die Vorrichtung der Erfindung wird zwar vorzugs-NaOH konstant, und bei dem Betriebszustand b steigt weise in einem Temperaturbereich betrieben, der sich die Temperatur des NaOH bis auf 482° C an, worauf beiderseits der Schmelztemperaturen der verwender Brenner 19 b abgeschaltet wird. Bei dem Betriebs- deten Zwischenwärmeträger erstreckt jedoch ist die zustand c fällt die Temperatur des NaOH von 482 Vorrichtung auch verwendbar, wenn der Betriebsauf 371° C, wobei jeweils 0,45 kg NaOH 0,252 kcal 55 bereich nur oberhalb der Schmelzpunkte der Zwi-Wärme abgeben, ehe der Brenner 19 b wieder einge- schenträger liegt. Die Vorrichtung kann auch mit schaltet wird. Hierdurch wird sichergestellt daß selbst zwei getrennten Wärmequellen versehen sein, wobei beim Bedarf einer maximalen Menge von erhitztem die erste Wärmequelle ihre Wärme nur an den Zwi-Fluid die Zwischenräume zwischen dem Ein- und schenwärmeträger im unteren Gehäuseteil abgibt, Ausschalten des Brenners nicht zu klein werden. 60 während die zweite Wärmequelle ausschließlich dem Hierdurch ist ein wirkungsvoller Brennerbetrieb mit oberen Gehäuseteil zugeordnet ist und von der Temminimaler Luftverschmutzung sowie eine lange peratur des darin befindlichen Zwischenwärmeträgers Lebensdauer der Teile gewährleistet Hält nach dem gesteuert wird.

Hierzu 1 Blatt Zdchnimgen

Claims (7)

1 2 Wärmequelle abgegebene Wärme im Zwischenträger Patentansprüche; gespeichert;, wobei der Zwischenwärmeträger im Nor- malbetrieb eine Temperatur hat, die etw»s über

1. Vorrichtung zur Erhitzung eines Fluids seinem Schmelzpunkt liegt. Bei erhöhtem Wärmedurch indirekte Wärmeübertragung über einen 5 bedarf des Fluids wird der Zwischenträger auf die Zwischenwärmeträger mit einem den Zwischen- Schmelztemperatur abgekühlt und danach die als wärmeträger enthaltenden Gehäuse, einer mit latente Schmelzwärme gespeicherte Wärme bei kondemi unteren Teil des Gehäuses in Verbindung stanter Temperatur des Zwischenträgers an das Fluid stehender Wärmequelle, mit der Wärmequelle in abgegeben, Dabei kann die Leistung der Wärmequelle Verbindung stehenden, den Zwischenwärmeträger ία konstant bleiben. Bei einem anschließenden verrindurchsetzenden Kanälen und einem das zu er- gcrten Wärmebedarf des Fluids wird die abgegeben?

■flitzende Fluid aufnehmenden Heizflächenrohr. latente Schmelzwärme drts Zwischenwärmeträgers wobei das Heizflächenrohr mit allseitigem. Ab- durch die mit konstanter Leistung arbeitende Wärmestand zu den Kanälen angeordnet ist, und einer quelle wieder ersetzt, ohne daß eine Temperatur-Einrichtung zur Steuerung der Wärmequelle in 15 erhöhung des Zwischenwärmeträgers oder des abge-Abhängigkeit von der Temperatur des Zwischen- gebenen Fluids erfolgt.

wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, Diese aus der USA.-Patentschrift 3 062 510 be-

daß im oberen Teil des Gehäuses ein Zwischen- kannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil einer

wärmeträger vorgesehen ist, dessen Schmelz- schlechten Regelfahigkeit der Temperatur des er-

punkt höher liegt als der Schmelzpunkt des im 20 hitzten Fluids am Ausgang der Vorrichtung bei

unteren Teil des Gehäuses vorgesehenen Zwi- starken Schwankungen der abgegebenen Fluidmenge.

schenwärmeträgers, und daß in m sich bekannter Das im oberen Gehäuseteil dieser Verrichtung zuge-

Weise der Eintritt des Fluids im unteren Teil und führte, flüssige, kalte Fluid strömt durch das Heiz-

der Austritt im oberen Teil des Gehäuses liegt. flächenrohr zum unteren Gehäuseteil, wo es die Vor-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 richtung überhitzt verläßt und in einen Einspritzkennzeichnet, daß die Zwischenwärmeträger im kühler gelangt, in dem zur Temperaturregelung kaltes wesentlichen aus Alkaümetallhydroxyd bestehen. Fluid eingespritzt wird. Der in dem Gehäuse das

3. Vorrichtung nach Anspn jh 1. dadurch ge- Heizflächenrohr und die Kanäle umgebende Zwikennzeichnet, daß der Zwischenwärmeträger in schenwärmeträger muß iiier im oberen Gehäuseteil dem oberen Teil des Gehäuses .m wesentlichen 30 die hohe Wärmemenge zur Verdampfung des flüsaus Lithiumhydroxyd besteht. sigen Fluids und im unteren Teil die geringere

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Wärmemenge zur Überhitzung des verdampften kennzeichnet, daß der Zwischenwärmeträger in Fluids übertragen. Bei starken Schwankungen der abdem unteren Teil des Gehäuses im wesentlichen zugebenden Menge des überhitzte Fluids besteht jeaus Natriumhydroxyd besteht. 35 doch die Gefahr einer starken Schwankung der Tem-

5. Vorrichtung nach einem dei vorangehenden peratur des abströmenden Fluids. Bei plötzlichem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vonein- großem Fluidbedarf sinkt die Uberhitzungstemperatur ander unabhängige Einrichtungen zur Steuerung am Auslaß zu stark ab. da die im Zwischenwärmeder Wärmezufuhr zum oberen und unteren Teil träger gespeicherte Wärme weitgehend zur Verdampdes Gehäuses vorgesehen sind. 40 fung des Fluids verbraucht wird und der Zwischen-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch ge- wärmeträger nach Abgabe seiner latenten Wärme kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für den weit unter seine Schmelztemperatur absinkt, so daß oberen Teil des Gehäuses auf die Temperatur des nur noch eine geringe überhitzung stattrindet. Die Zwischenwärmeträgers im oberen Teil anspricht. zusätzlich benötigte Wärmemenge wird dann nur

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder (S. da- 45 noch mit der der Vorrichtung eigenen Verzögerung durch gekennzeichnet, daß für den oberen und durch die Wärmequelle gedeckt. Bei plötzlich stark unteren Teil des Gehäuses getrennte Wärme- gedrosseltem Fluid erfolgt durch die im Zwischenqucllen vorgesehen sind. wärmeträger gespeicherte Wärme eine starke Überhitzung des austretenden Fluids, die im nachgeschal-

50 teten pjnspritzkiihler mit den bekannten nachteiligen

Einflüssen auf die Druck- und Mengenregulierung am

Eintritt in die Vorrichtung herunten-eregclt werden muß. Die Auswahl des Zwischcnwärmeträe rs muß bet dieser Vorrichtung weitgehend unter Bl ksich-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Er- 55 figung der zulässigen oder erforderliche! Überhitzung eines Fluids durch indirekte Wärmeübertra- hitzungstemperatur des Fluids am Austritt der Vorgung über einen Zwischenwärmeträger mit einem den richtung erfolgen, der die Schmelztemperatur des Zwischenwärmeträger enthaltenden Gehäuse, einer Zwischenwärmeträgers angepaßt sein muß. Die Vertnit dem unteren Teil des Gehäuses in Verbindung dampfungstcmperatur des verwendeten Fluids spielt stehender Wärmequelle, mit der Wärmequelle in Ver- 60 bei der Auswahl des Zwischenwärmeträgers nur eine bindung stehenden, den Zwischenwärmeträger durch- untergeordnete Rolle.

setzenden Kanälen und einem das zu erhitzende Fluid Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist

aufnehmenden Heizflächenrohr. wobei das Heiz- es nunmehr, eine Vorrichtung zur Erhitzung eines nächcnrohr mit allseitigem Abstand zu den Kanälen Fluids durch indirekte Wärmeübertragung zu angeordnet ist, und einer Einrichtung zur Steuerung 65 schaffen, die die Nachteile der bekannten Vorrichder Wärmequelle in Abhängigkeit von der Tcütpe- lung vermeidet und die mit einer einfachen Steuerung fi*if;f des Zwischenwärmeträgers. Fluid ffiU in engen Grenzen geregelter Temperatur

Bei einer solchen Vorrichtung wird die von der und geregeltem Druck bei stark schwankenden Ab-