DE19618415A1 - Integrierte Wärmetauschereinheit - Google Patents
Integrierte WärmetauschereinheitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinheit zur
Übertragung von Wärmeenergie eines in einem Primärkreis
geführten fluiden Wärmeträgers auf einen in einem Sekun
därkreis geführten, zweiten fluiden Wärmeträger, wie
bspw. Wasser.
In Fernwärmenetzen werden einzelne oder zu Gruppen
zusammengefaßte Wärmeverbraucher indirekt über sogenannte
Wärmeübergabestationen mit Wärmeenergie versorgt. Die
Wärmeübergabestationen trennen dabei einen Primärkreis
lauf mit Heizdampf oder Heizwasser von einem oder mehre
ren Sekundärkreisläufen, bei denen Warmwasser als Wärme
träger dient. Das in diesem Sinne zentrale Element einer
Wärmeübergabestation ist der Wärmetauscher. In diesem
gibt der Wärmeträger des Primärkreislaufes seine Wärme
energie ab, wobei der Wärmeträger des Sekundärkreislaufes
erhitzt wird. Während bei Vollast aufgrund der hohen
Energiedichte von Dampf, Heizwasser oder vergleichbaren
Wärmeträgern ein hoher Energieumsatz erreicht wird, kann
im Teil- oder Schwachlastbereich auch ein lediglich
geringer Energieumsatz zu verzeichnen sein. Unabhängig
davon muß der Wärmetauscher hinsichtlich seiner Energie
aufnahme und Energieabgabe in jedem Arbeitspunkt so
eingestellt sein, daß die Energiebilanz ausgeglichen ist
und keine Überlastungen auftreten. Dies erfordert eine
sorgfältige Überwachung und Prozeßführung, damit die
Fließgleichgewichte zwischen primär und sekundär stimmen.
Wärmeübergabestationen werden meist in Kellern von
Wohngebäuden oder auch separat aufgebaut, wobei die
einzelnen Apparate, wie Wärmetauscher, Armaturen, Pumpen,
Rohre, Verteiler usw. vor Ort zu einer Wärmeübergabesta
tion zusammengefügt werden. Dabei ist es wünschenswert,
eine möglichst übersichtliche und betriebssichere Anord
nung zu erhalten. Dazu ist aus der DE 44 23 660 A1 eine
Wärmeübergabestation bekannt, bei der alle zum Betrieb
erforderlichen Elemente auf einer Grundplatte vormontiert
sind. Die Wärmeübergabestation weist einen Rohrbündelwär
metauscher auf, der von einer Kondensatkammer getragen
ist. Der Wärmetauscher bildet mit der angeflanschten
Kondensatkammer eine zentrale Säule, um die herum die
weiteren Elemente der Wärmeübergabestation gruppiert
sind. Zu dem Wärmetauscher führt eine Dampfleitung, die
mit Sensoren für Druck oder Temperatur versehen ist. Die
Sensoren sind an einen Mikroprozessorregler angeschlos
sen, der ebenfalls an der Wärmeübergabestation vormon
tiert ist. An den Mikroprozessorregler sind außerdem
Sensoren angeschlossen, die in der Kondensatsammelkammer
sitzen. Sekundärseitig ist in der Vorlaufleitung eine
Meßkammer ausgebildet, in der mehrere mit dem Mikropro
zessorregler verbundene Sensoren sitzen. Die sekundärsei
tige Rücklaufleitung ist mit einer Zwillingspumpe ver
sehen, die von dem Mikroprozessorregler gesteuert ist und
der Umwälzung des Sekundärkreislaufes dient.
Ist im Rahmen der Wartung ein Austausch des Wärme
tauschers erforderlich, sind relativ umfangreiche Monta
gearbeiten auszuführen. Der Wärmetauscher trägt als
zentrale Säule der Wärmeübergabestation viele Armaturen,
die dann zunächst zu demontieren sind. Außerdem ist es
über das erreichte Maß hinaus wünschenswert, das Bauvolu
men der Wärmeübergabestation zu vermindern.
Aus dem DE 87 08 283.7 O1 ist eine Fernwärme-Über
gabevorrichtung bekannt, bei der alle Komponenten an
einem flachen Trägerrahmen lösbar befestigt sind. Die
Übergabevorrichtung weist einen Plattenwärmetauscher auf,
der an einen Primärkreis und an einen Sekundärkreis
angeschlossen ist. An den Plattenwärmetauscher schließen
sich Armaturen und Verzweigungen des Primärkreislaufes
und des Sekundärkreislaufes an, die mit Druck- und Tempe
raturmeßeinrichtungen versehen sind.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Wärmeübergabestation zu schaffen, die ein geringes Bauvo
lumen erfordert, in allen Lastbereichen zuverlässig
arbeitet sowie robust und wartungsfreundlich ist. Darüber
hinaus soll eine Wärmeübergabestation geschaffen werden,
die nicht nur robust und wartungsfreundlich ist, sondern
auch Wärmeverluste vermeidet, sparsam isoliert werden
kann und auch optisch sehr ansehnlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Wärmetauschereinheit
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Wärmetauschereinheit weist als Hauptelement
einen Wärmetauscher auf, der mit wenigstens zwei mit
einer Steuer- und Regeleinheit verbundenen Meßkammern
versehen ist. Die Meßkammern dienen der Erfassung von
wichtigen Betriebsparametern wie Druck, Temperatur,
Leitfähigkeit, Durchsatz usw. in unmittelbarer Nähe zu
dem Wärmetauscher. Die zur Überwachung des Wärmetauschers
und zur Prozeßführung erforderlichen Sensoren sind in den
Meßkammern konzentriert. Durch das geringe Bauvolumen
kann die Wärmetauscherisolierung mit der Isolierung der
Meßkammer zusammengefaßt werden. Außerdem erübrigt sich
der Einbau von einzelnen Sensoren vor Ort. Die Sensorpo
sitionen sind somit unabhängig von praktischen Monta
geerfordernissen an den jeweils zur Meßwerterfassung
optimalen Stellen angeordnet. Damit wird es möglich,
vorgegebene Betriebsbedingungen des Wärmetauschers sehr
genau einzuhalten, was wiederum eine knappe Dimensionie
rung des Wärmetauschers ermöglicht. Er kann deshalb
relativ klein und leicht gebaut werden, was Bauraum und
Material spart.
Darüber hinaus ermöglichen die an den Wärmetauscher
angeflanschten und mit diesem zu einer Einheit zusammen
gefaßten Meßkammern eine robuste Auslegung der Wärmetau
schereinheit. Die Sensoren sind an den Meßkammern ge
schützt angeordnet, so daß bei Transport und Montage
keine oder allenfalls eine gegenüber dem Stand der Tech
nik stark verminderte Beschädigungsgefahr besteht. Die
Wärmetauschereinheit ist dadurch wenig empfindlich.
Beim Wechseln eines Wärmetauschers zu Wartungs- oder
Reparaturzwecken ist dieser lediglich von den Meßkammern
zu trennen, die zugleich als Zu- und Ableitungen (Vor
lauf, Rücklauf) dienen. Zur Entnahme des Wärmetauschers
reicht Zugang von einer Seite her. Die Wärmetauscher
einheit kann deshalb platzsparend in Ecken, Nischen oder
an einer Wand stehend angeordnet werden. Allseitiger
Zugang ist nicht erforderlich.
Bei einer weiter vereinfachten Ausführungsform ist
wenigstens die sekundäre Vorlaufmeßkammer zusätzlich als
Verteiler ausgebildet. Die Vorlaufmeßkammer weist dazu
einen Eingangsanschluß und mehrere Ausgangsanschlüsse
auf, von denen ggf. mit Armaturen versehene Leitungen
wegführen. Eine gesonderte, meist einen relativ großen
Bauraum erforderliche Verteilung ist deshalb überflüssig
und kann eingespart werden. Der damit erreichte Platzge
winn ist beträchtlich.
Entsprechendes gilt für die Rücklaufmeßkammer, die
mehrere Zuflußanschlüsse aufweisen kann.
Die Vorlaufmeßkammer und die Rücklaufmeßkammer
können untereinander im wesentlichen baugleich ausgebil
det sein. Dies ist möglich, obwohl Druck und Temperatur
sowie andere physikalische Parameter in beiden Meßkammern
unterschiedlich sein können. Gleiches gilt für Meßkam
mern, die im Primärvorlauf und im Primärrücklauf angeord
net sind. Auch hier können jeweils gleiche Meßkammern
verwendet werden.
Die Meßkammern definieren jeweils einen länglichen
Innenraum, der vorzugsweise quer durchflossen ist. Dies
schafft genügend Platz für eine ausreichende Menge von
Sensoren. Außerdem werden somit Bereiche mit unterschied
lichen Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt.
Außerdem können die Vorlaufmeßkammer und die Rück
laufmeßkammer jeweils quaderförmig ausgebildet und be
darfsweise zu einer Meßkammereinheit zusammengefaßt sein.
Der Wärmetauscher ist dann sowohl primärseitig als auch
sekundärseitig unmittelbar mit jeweils einer Meßkammer
einheit verbunden. Die sekundärseitige Meßkammereinheit
kann bedarfsweise zusätzlich als Verteiler dienen. Zur
Vermeidung von Energieverlusten sind die Vorlaufmeßkammer
und die Rücklaufmeßkammer einer jeweiligen Meßkammer
einheit voneinander thermisch isoliert. Dennoch kann die
Meßkammereinheit aus einem durchgehenden Kastenprofil
ausgebildet sein; bedarfsweise kann sie auch aus Kasten
profilabschnitten zusammengesetzt sein. Die Meßkammer
einheiten stimmen in ihrer Höhe vorzugsweise mit dem
Wärmetauscher überein. Es ergibt sich eine gute Platzaus
nutzung. Die Breite der Meßkammereinheiten ist vorzugs
weise etwas geringer als die des Wärmetauschers, so daß
neben den Wärmetauschereinheiten zusätzlicher Raum für
direkt an dem Wärmetauscher befindliche Sensoren vorhan
den ist.
Eine sowohl den Wärmetauscher als auch die Meßkam
mereinheiten einschließende Isolierung, die bspw. durch
ein geschlossenes Gehäuse mit entsprechender Wärmedämmung
gebildet sein kann, vermindert oder minimiert Wärmever
luste und schließt die Wärmetauschereinheit übersichtlich
nach außen ab. Es führen lediglich Rohrleitungen für
Wärmeträger sowie elektrische Anschlußleitungen für die
Sensoren in das Gehäuse der Wärmetauschereinheit. Diese
ist nach außen hin abgeschlossen. Die innenliegenden
Sensoren sind insbesondere gegen mechanische Beschädigun
gen weitgehend geschützt.
Armaturen oder bewegte Teile enthaltende Aggregate
sind vorzugsweise außerhalb der von der Isolierung um
schlossenen, aus Wärmetauscher oder Meßkammern gebildeten
Einheit angeordnet. Somit sind bedarfsweise Pumpen,
Ventile oder andere zu wartende Teile ohne Entfernung der
Isolierung zugänglich.
Die Verläßlichkeit und Betriebssicherheit der Wärme
tauschereinheit wird erhöht, wenn jeder Sensor in doppel
ter Ausführung vorhanden ist. Bei Ausfall eines einzelnen
Sensors schaltet die Steuer- und Regeleinrichtung automa
tisch auf den parallelen Sensor. Die Betriebssicherheit
wird somit erhöht.
Der Wärmetauscher ist vorzugsweise ein Plattenwärme
tauscher. Die Anordnung von Meßkammern sowohl in der
primären Vor- und Rücklaufleitung als auch in der sekun
dären Vor- und Rücklaufleitung gestatten eine vollständi
ge Überwachung des Betriebes und somit eine sichere
Führung des thermisch hoch belasteten Plattenwärmetau
schers. Dies ermöglicht wiederum eine sehr kompakte
Bauform, wodurch die Wärmetauschereinheit insgesamt klein
und relativ leicht wird.
Der Mikroprozessorregler, der sowohl unmittelbar an
der Wärmetauschereinheit als auch räumlich von dieser
getrennt angeordnet sein kann, kann bedarfsweise mit
einer Schnittstelle zum Anschluß eines Personal Computers
versehen sein. Mit diesem ist eine bedienerfreundliche
Überwachung der Wärmetauschereinheit und insbesondere die
Erfassung von Verbrauchsdaten möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Wärmeübergabestation, die eine über einen
Mikroprozessorregler und einen Personal Compu
ter gesteuerte bzw. geregelte Wärmetauscher
einheit aufweist, in schematisierter Darstel
lung,
Fig. 2 die Wärmetauschereinheit nach Fig. 1, mit abge
nommener Isolierung, in vereinfachter Perspek
tivdarstellung,
Fig. 3 die Wärmetauschereinheit nach den Fig. 1 und 2,
in einer schematisierten Seitenansicht,
Fig. 4 die Wärmetauschereinheit nach Fig. 3, in einer
Stirnansicht auf ihre primärseitige Anschluß
seite gesehen, und
Fig. 5 die Wärmetauschereinheit nach Fig. 3, in einer
schematisierten Stirnansicht auf ihre sekundär
seitige Anschlußseite gesehen.
In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete
Wärmeübergabestation veranschaulicht, die als vorgefer
tigte Einheit ausgebildet ist. Ein in seinem Umriß mit
einer Europalette übereinstimmender Sockel 2 trägt eine
Wärmetauschereinheit 3, die Wärme zwischen einem Primär
kreislauf 4 und mehreren Sekundärkreisläufen 6 überträgt.
Primärseitig ist die Wärmetauschereinheit 3 an eine
dampfführende Vorlaufleitung 01 und eine ausgekühlten
Dampf oder Kondensat führende Rücklaufleitung 02 ange
schlossen.
Zum unabhängigen Betrieb mehrerer Sekundärkreisläufe
6 ist die Wärmetauschereinheit 3 mit insgesamt drei
Vorlaufleitungen 04/1, 04/2, 04/3 verbunden. Außerdem
steht die Wärmetauschereinheit 3 mit drei Rücklaufleitun
gen 03/1, 03/2, 03/3 in Verbindung. In der primären
Vorlaufleitung 01 ist ein Motorstellventil 8 angeordnet
und in der primärseitigen Rücklaufleitung 02 ist ein
Motorstellventil 9 vorgesehen, um den Arbeitspunkt der
Wärmetauschereinheit 3 einstellen zu können. Zur Ein
stellung der sekundärseitigen Wärmeabgabe sind in den
sekundären Vorlaufleitungen 04/1, 04/2, 04/3 ebenfalls
Ventile 11 angeordnet, die bedarfsweise mit einem Motor
stellantrieb oder einem anderweitigen Antrieb versehen
sein können. In den sekundärseitigen Rücklaufleitungen
03/1, 03/2, 03/3 können weitere Stellorgane angeordnet
sein, die nicht weiter veranschaulicht sind.
Außerdem ist die Wärmetauschereinheit 3 mit einer
mit einem Ventil versehenen Überströmleitung 12 versehen,
die mit der Sekundärseite der Wärmetauschereinheit 3 in
Verbindung steht.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Wärmetauschereinheit
3 ist ein Mikroprozessorregler 13 vorgesehen, der an
einem auf dem Sockel 2 stehenden Gestell 14 befestigt
ist. Der Mikroprozessorregler 13 ist über eine Schnitt
stelle RS232 an einen Personal Computer 15 angeschlossen,
der bedarfsweise von dem Mikroprozessorregler 13 ermit
telte und zwischengespeicherte Daten abfragt sowie ggf.
Befehle an diesen senden kann. Der Personal Computer 15
enthält insbesondere ein Programm zur Aufzeichnung und
bedarfsweisen Aktualisierung von Daten, die Aussagen über
den Energieumsatz der Wärmeübergabestation 1 und über die
an den einzelnen Vorlaufleitungen 04/1, 04/2, 04/3 gelie
ferten Energiemengen zu treffen.
Der Mikroprozessorregler 13 ist über elektrische
Meßleitungen 17 mit Sensoren verbunden, die schematisiert
in den Fig. 2 bis 5 veranschaulicht sind. Diese zeigen
die Wärmetauschereinheit 3, die einen Plattenwärmetau
scher 19 sowie eine primäre Meßkammereinheit 21 und eine
sekundäre Meßkammereinheit 22 enthält. Der Plattenwärme
tauscher 19 ist im wesentlichen quaderförmig ausgebildet,
wobei die Darstellung in den Fig. nicht maßstäblich ist.
Der Plattenwärmetauscher 19 weist einen Primärvorlauf
anschluß 24 und einen Primärrücklaufanschluß 26 auf, die
über den Innenraum des Plattenwärmetauschers 19 mitein
ander kommunizieren. Der Primärvorlaufanschluß 24 und der
Primärrücklaufanschluß 26 sind mit entsprechenden An
schlüssen der Meßkammereinheit 21 mittels Gewindemuffen
verschraubt.
Die Meßkammereinheit 21 weist ein aus einem Recht
eckprofilrohr ausgebildetes Gehäuse 27 auf, in dem eine
primäre Vorlaufmeßkammer 29 und eine Rücklaufmeßkammer 31
ausgebildet sind. Die Innenräume der Vorlaufmeßkammer 29
und der Rücklaufmeßkammer 31 sind voneinander druckdicht
getrennt und mittels einer Isolierschicht 32 voneinander
thermisch isoliert. Die Vorlaufmeßkammer 29 ist zum
Anschluß der Vorlaufleitung 01 mit einem einen Einlaß
bildenden Gewindestutzen 33 versehen, der einem an den
Primärvorlaufanschluß 24 des Plattenwärmetauschers 19
angeschlossenen Gewindestutzen der Vorlaufmeßkammer 29
gegenüberliegt. Entsprechendes gilt für die Rücklaufmeß
kammer 31, die zum Anschluß der Rücklaufleitung 02 einen
dem Primärrücklaufanschluß 26 des Plattenwärmetauschers
19 gegenüberliegenden Gewindestutzen 34 aufweist.
Die Vorlaufmeßkammer 29 ist mit einem Temperatursen
sor 36 versehen, der einen in den Innenraum der Vorlauf
meßkammer 29 ragenden Abschnitt aufweist und an den
Mikroprozessorregler 13 angeschlossen ist. Außerdem ist
an der Vorlaufmeßkammer 29 ein Drucksensor 37 vorgesehen.
Bedarfsweise können weitere Sensoren für Leitfähigkeit
oder andere physikalische Größen vorgesehen sein.
Die Rücklaufmeßkammer 31 ist ebenfalls mit einem
Temperatursensor 38 sowie einem Drucksensor 39 versehen.
Zusätzlich kann an der Rücklaufmeßkammer 31 an der Unter
seite ein Stutzen 41 vorgesehen sein, der bedarfsweise
als Meßstutzen oder als Ablaßstutzen zur Entleerung der
Wärmetauschereinheit 3 dienen kann.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, nimmt die Meßkammerein
heit 21, während sie in ihrer Höhe mit dem Plattenwärme
tauscher 19 übereinstimmt, nur etwa dessen halbe Breite
ein. In dem freigelassenen Bereich können weitere Senso
ren 42, 43 für Temperatur und/oder Druck vorgesehen sein.
Diese ermöglichen die Messung im Inneren des Plattenwär
metauschers 19 und somit die verfeinerte Abstimmung
seines Betriebs. Die Sensoren 42, 43 sind ebenfalls an
den Mikroprozessorregler 13 angeschlossen.
Meßinstrumente 44, 45 (Fig. 1) zum Ablesen von
Temperatur und/oder Druck direkt vor Ort können bedarfs
weise an der Meßkammereinheit 21 vorgesehen sein. Ent
sprechende Meßinstrumente können außerdem an der Meßkam
mereinheit 22 vorgesehen sein.
Die Meßkammereinheit 22 weist eine Vorlaufmeßkammer
49 und eine Rücklaufmeßkammer 51 auf. Beide sind vonein
ander druckdicht getrennt und mittels einer Isolierung 62
thermisch isoliert. Während die Meßkammereinheit 22, wie
aus Fig. 2 hervorgeht, in Übereinstimmung mit der Meßkam
mereinheit 21 in einem Rechteckrohr ausgebildet ist, ist
sie zusätzlich als Verteiler ausgebildet. Wärmetauscher
seitig weist die Meßkammereinheit 22 zwei Schraub
anschlüsse auf, die mit einem Sekundärvorlaufanschluß 64
und einem Sekundärrücklaufanschluß 66 des Plattenwärme
tauschers 19 verschraubt sind. Die Vorlaufmeßkammer 49
ist ausgangsseitig mit insgesamt vier Anschlüssen 67
versehen, von denen drei mit sekundären Vorlaufleitungen
04/1, 04/2, 04/3 verbunden sind. Während ein vierter
Anschluß zum Anschluß einer Überströmleitung 12 dient,
weist die Rücklaufmeßkammer 51 lediglich drei an den
Rücklaufleitungen 03/1, 03/2, 03/3 liegende Anschlüsse 68
auf.
Zur Erfassung von Temperatur und Druck des in die
Vorlaufleitungen 04/1, 04/2, 04/3 abgegebenen Vorlauf
wassers sind an der Vorlaufmeßkammer 49 wenigstens ein
Temperatursensor 71 und ein Drucksensor 72 angeordnet.
Gleiches gilt für die Rücklaufmeßkammer 51, die ebenfalls
einen Temperatursensor 73 und einen Drucksensor 74 auf
weist. Zusätzlich können, wie aus Fig. 5 hervorgeht,
Temperatur- und/oder Drucksensoren 76, 77 an der Stirn
seite des Plattenwärmetauschers 19 vorgesehen sein, die
eine Erfassung von Druck und/oder Temperatur direkt in
dem Plattenwärmetauscher gestatten.
Wie symbolisch in Fig. 3 veranschaulicht, ist die
Wärmetauschereinheit 3 in einer geschlossenen Isolierung
81 angeordnet, die sowohl den Plattenwärmetauscher 19 als
auch die Meßkammereinheiten 21, 22 einschließt. Die
Isolierung 81 kann sowohl als Gehäuse als auch als Umhül
lung ausgebildet sein. Während alle, oder wenigstens im
wesentlichen alle zum Betrieb der Wärmetauschereinheit 3
erforderlichen Sensoren innerhalb der Isolierung 81 und
somit als Bestandteil der Wärmetauschereinheit 3 ausge
bildet sind, sind alle Aktuatoren (Stellmotoren, Pumpen
usw.) außerhalb der Isolierung 81 und somit der Wärmetau
schereinheit 3 angeordnet. Damit sind alle regelmäßig zu
wartenden Teile, wie Pumpen, Regelventile, Zähler,
Schmutzfänger, leicht zugänglich angeordnet, während die
Sensorik vor Umwelteinflüssen und mechanisch geschützt im
Inneren der Wärmetauschereinheit 3 untergebracht ist.
Alle Sensoren sind zur Erhöhung der Betriebssicherheit
jeweils doppelt vorhanden, wobei die Funktionsfähigkeit
einzelner Sensoren von dem Mikroprozessorregler 13 tur
nusmäßig überprüft und bei Feststellen eines Sensordefek
tes auf den jeweils parallelen Sensor zurückgegriffen
wird. Der Sensordefekt wird dann angezeigt, so daß bei
nächster Gelegenheit die betreffende, den defekten Sensor
enthaltende Meßkammer 21 oder 22 ausgetauscht werden
kann.
Die insoweit beschriebene Wärmeübergabestation 1
arbeitet wie folgt:
In Betrieb liegt an der Vorlaufleitung 01 Dampf an, dessen Druck und Temperatur von dem Temperatursensor 36 und dem Drucksensor 37 erfaßt werden. Der Mikroprozessor regler 13 erhält außerdem von dem Temperatursensor 38 und dem Drucksensor 39 Informationen über den Druck und die Temperatur des von dem Plattenwärmetauscher 19 abgegebe nen Rücklaufwassers (Kondensat). Außerdem verfügt der Mikroprozessorregler 3 über berechnete oder anderweitig bestimmte Informationen über den erforderlichen Druck, die Temperatur sowie den Durchsatz an den sekundären Vorlaufleitungen 04/1, 04/2, 04/3. Über die Motorstell ventile 8, 9 stellt der Mikroprozessorregler nun den Dampfstrom ein, der zum Erreichen der geforderten sekun därseitigen Temperaturwerte erforderlich ist. Außerdem steuert der Mikroprozessorregler nicht weiter dargestell te Pumpen der Sekundärkreisläufe so, daß sich die ge wünschten oder erforderlichen Durchsätze ergeben.
In Betrieb liegt an der Vorlaufleitung 01 Dampf an, dessen Druck und Temperatur von dem Temperatursensor 36 und dem Drucksensor 37 erfaßt werden. Der Mikroprozessor regler 13 erhält außerdem von dem Temperatursensor 38 und dem Drucksensor 39 Informationen über den Druck und die Temperatur des von dem Plattenwärmetauscher 19 abgegebe nen Rücklaufwassers (Kondensat). Außerdem verfügt der Mikroprozessorregler 3 über berechnete oder anderweitig bestimmte Informationen über den erforderlichen Druck, die Temperatur sowie den Durchsatz an den sekundären Vorlaufleitungen 04/1, 04/2, 04/3. Über die Motorstell ventile 8, 9 stellt der Mikroprozessorregler nun den Dampfstrom ein, der zum Erreichen der geforderten sekun därseitigen Temperaturwerte erforderlich ist. Außerdem steuert der Mikroprozessorregler nicht weiter dargestell te Pumpen der Sekundärkreisläufe so, daß sich die ge wünschten oder erforderlichen Durchsätze ergeben.
Der Mikroprozessorregler 13 speichert die gemessenen
Werte oder vorverarbeitete Zwischenwerte, die die Lei
stungsabnahme in der betreffenden Wärmeübergabestation 1
charakterisieren. Diese Zwischenwerte sind über den
Personal Computer 15 bedarfsweise abfragbar.
Durch die bauliche/räumliche Trennung von Aktuatoren
(Stellmotoren, Ventile, Pumpen) von der Wärmetauscher
einheit 3 und die Integration der Sensoren in die Wärme
tauschereinheit 3 wird ein übersichtlicher und robuster
wartungsfreundlicher Aufbau erreicht. Das Meßkammerkon
zept ermöglicht außerdem die Unterbringung der Sensoren
an den zur Meßwerterfassung geeigneten, eine verbesserte
Prozeßführung des Plattenwärmetauschers 19 ermöglichenden
Orten, an denen sie außerdem vor Beschädigungen weitge
hend geschützt sind. Es erübrigen sich dabei gesonderte
Sensorgehäuse. Vielmehr können die Meßleitungen der an
den Meßkammern 21, 22 vorgesehenen Sensoren ohne zusätz
liche Klemmstellen direkt zu entsprechenden, bedarfsweise
an den Meßkammern 21, 22 vorgesehenen, nicht weiter
dargestellten Steckeinrichtungen geführt werden. Dies
verringert den Installations- und Montageaufwand bei der
Herstellung sowie bei der Wartung und vermindert außerdem
Materialaufwand und Gewicht der Wärmetauschereinheit 3.
Zusätzlich werden Klemmstellen an den Sensoren elimi
niert, was die elektrische Zuverlässigkeit steigert.
Bei einer Wärmeübergabestation 1 ist eine Wärmetau
schereinheit 3 vorgesehen, die einen Plattenwärmetauscher
19 mit ein- und ausgangsseitig angeflanschten, separaten,
fußseitig zusammenstoßenden Meßkammern 29, 31, 49, 51
aufweist. Während die primärseitigen, im Vor- und im
Rücklauf liegenden Meßkammern 29, 31 jeweils einen Ein
gang und einen Ausgang aufweisen, sind die sekundärseiti
gen Meßkammern 49, 51 zusätzlich als Verteiler oder
Verzweigungen ausgebildet. Die Meßkammern 29, 31, 49, 51
enthalten Temperatur- und/oder Drucksensoren sowie be
darfsweise weitere Sensoren, die zum Betrieb des Platten
wärmetauschers 19 erforderlich sind. Es ergibt sich
dadurch ein insgesamt übersichtlicher, äußerst platz
sparender und robuster Aufbau, der einen präzisen Betrieb
des Plattenwärmetauschers 19 ermöglicht und Überdimensio
nierungen weitgehend vermeiden hilft. Wärmetauscher 19
und Meßkammern 29, 31, 49, 51 sind zusammen isoliert.
Claims (23)
1. Wärmetauschereinheit (3) zur Übertragung von
Wärmeenergie von Dampf oder Wasser auf Wasser,
mit einem Wärmetauscher (19), der einen in einen Primärraum und einen Sekundärraum unterteilten Innenraum aufweist und der mit einem in den Primärraum führenden Primärvorlaufanschluß (24), einem aus dem Primärraum führenden Primärrücklaufanschluß (26), einem aus dem Sekundärraum führenden Sekundärvorlaufanschluß (64) und einem in den Sekundärraum führenden Sekundärrücklauf anschluß (66) versehen ist,
mit einer an dem Sekundärvorlaufanschluß (64) vor gesehenen Vorlaufmeßkammer (49), die einen durchström baren Innenraum aufweist und an der elektrische Sensoren (71, 72) vorgesehen sind,
mit einer Steuer- und Regeleinheit (13), an die die Sensoren angeschlossen (71, 72) sind und die die Wärme tauschereinheit (3) gemäß vorgegebener logischer Regeln steuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Wärmetauscher (19) wenigstens eine zu sätzliche, mit dem Wärmetauscher verbundene Meßkammer (29, 31, 51) vorgesehen ist, die der Überwachung von physikalischen Parametern des durchfließenden Wärmeträ gers an wenigstens einem weiteren Anschluß (24, 26, 66) dient.
mit einem Wärmetauscher (19), der einen in einen Primärraum und einen Sekundärraum unterteilten Innenraum aufweist und der mit einem in den Primärraum führenden Primärvorlaufanschluß (24), einem aus dem Primärraum führenden Primärrücklaufanschluß (26), einem aus dem Sekundärraum führenden Sekundärvorlaufanschluß (64) und einem in den Sekundärraum führenden Sekundärrücklauf anschluß (66) versehen ist,
mit einer an dem Sekundärvorlaufanschluß (64) vor gesehenen Vorlaufmeßkammer (49), die einen durchström baren Innenraum aufweist und an der elektrische Sensoren (71, 72) vorgesehen sind,
mit einer Steuer- und Regeleinheit (13), an die die Sensoren angeschlossen (71, 72) sind und die die Wärme tauschereinheit (3) gemäß vorgegebener logischer Regeln steuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Wärmetauscher (19) wenigstens eine zu sätzliche, mit dem Wärmetauscher verbundene Meßkammer (29, 31, 51) vorgesehen ist, die der Überwachung von physikalischen Parametern des durchfließenden Wärmeträ gers an wenigstens einem weiteren Anschluß (24, 26, 66) dient.
2. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens die Vorlaufmeßkammer (22)
zusätzlich als Verteiler ausgebildet ist.
3. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die zusätzliche Meßkammer (51) an den
Sekundärrücklaufanschluß (66) angeschlossen und als
Rücklaufmeßkammer ausgebildet ist.
4. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die an dem Sekundärrücklaufanschluß
(66) vorgesehene Rücklaufmeßkammer (51) zusätzlich als
Verteiler oder Sammler ausgebildet ist.
5. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 2 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufmeßkammer (49) und
die Rücklaufmeßkammer (51) untereinander baulich im
wesentlichen gleich ausgebildet sind und eine Meßkammer
einheit (22) definieren.
6. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß an dem Primärvorlaufanschluß (24)
eine Vorlaufmeßkammer (29) vorgesehen ist.
7. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß an dem Primärrücklaufanschluß (26)
eine Rücklaufmeßkammer (31) vorgesehen ist.
8. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufmeßkammer (29) und
die Rücklaufmeßkammer (31) untereinander baulich im
wesentlichen gleich ausgebildet sind.
9. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßkammern (29, 31) jeweils einen
länglichen Innenraum aufweisen, der quer durchflossen
ist.
10. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 2 und 3 oder
6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufmeßkammer
(29) und Rücklaufmeßkammer (31) jeweils ein quaderförmi
ges Gehäuse aufweisen.
11. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorlaufmeßkammer (29) und die
Rücklaufmeßkammer (31) eine Meßkammereinheit (21) bilden.
12. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßkammereinheit (21) in ihrer
Bauhöhe mit der Höhe des Wärmetauschers (19) im wesentli
chen übereinstimmt.
13. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 5 und 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (19) zwi
schen den Meßkammereinheiten (21, 22) angeordnet ist.
14. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 5 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufmeßkammer (29, 49)
und die Rücklaufmeßkammer (21, 51) der Meßkammereinheit
(21, 22) voneinander thermisch isoliert sind.
15. Wärmetauschereinheit nach einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetau
scher (19) und die Meßkammern (29, 31, 49, 51) in einer
gemeinsamen thermischen Isolierung (81) untergebracht
sind.
16. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die thermische Isolierung (81) durch
ein geschlossenes Gehäuse gebildet ist.
17. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß innerhalb der Isolierung (81) keine
bewegten Teile angeordnet sind.
18. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmetauschereinheit (3) außer
halb der Isolierung (81) angeordnete Ventile (8, 9, 11)
trägt.
19. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jedem Sensor (36, 37, 38, 39, 71, 72,
73, 74) ein Ersatzsensor zugeordnet ist.
20. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzliche Sensoren (42, 43, 76, 77)
an dem Wärmetauscher (19) vorgesehen sind.
21. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (19) ein Platten
wärmetauscher ist.
22. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinheit (13) ein
Mikroprozessorregler ist.
23. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mikroprozessorregler wenigstens
eine Schnittstelle (RS232) zum Anschluß eines Personal
Computers (15) aufweist.
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