DE2164956C2

DE2164956C2 - Anlage zur Erzeugung von Warme mittels elektrischem Strom

Info

Publication number: DE2164956C2
Application number: DE2164956A
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz 5628 Heiligenhaus Schneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1973-09-20
Also published as: NO132916C; BE793343A; US3855449A; DE2164956B1; FR2167074A5; NO132916B; DE2164956A1; NL7217666A; CH547598A; GB1411959A; AT314684B

Description

hitzten Medi
dort die relativ
einem flüssigen

ίο ungünstig aus.

In einer
strömt ein
ähnlich einer
seite eines

15 Wärme auf schlechte Wärmeübergangszahl von an ein anderes flüssiges Medium

bekannten Anlage obiger Art erhitzter Elektrolyt durch die Innen-Wärmeübertragers, der die leitende oder feuergefährliche weiche die Außenseite des Abgesehen von der strö-

Wärmeübereangszahlen von einem flussigen tieKtro TyiJTll^anderes flü«ige< Medium vorhanden. Und schließlich ist ein

ein Ventil (7) angeordnet ist. das entweder in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur des im Wärmeübertrager (2) erhitzten Mediunis von einem Thermostaten (8) oder in Abhängigkeil vom Dampfdruck durch einen Pressostaten (9) zu öffnen bzw. zu schließen ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante (6') der Elektroden (6) gleich hoch oder höher als die oberste Kante (4') der Stegleitung (4) auf der Flüssigkeitsseite angeordnet ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskühlung des Kondensators (S') dem Wärmeübertrager (2) ein zweiter in die Flüssigkeit (S') getauchter Wärmeübertrager {!'") mediumseitig vorgeschaltet ist.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (2) in dem Behälter (1) untergebracht ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) eine zylindrische Form aufweist, in dem der Wärmeübertrager (2) und die Elektroden (6) konzentrisch und stehend sowie in Topfbauart angeordnet sind.

25 Dampf von ein^m um
ordneten, oben offen
dessen Boden i
schieber
mit EIeI

raumes verbunden

erzeugt.

_mit dem gleichfalls

^J Boten da Dam_?i. £ ■ _{arbeitet diesJ}

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Wärme mittels elektrischem Strom in einem Behälter, der mit einem Elektrolyten und darin einzutauchenden Elektroden versehen ist, wobei der Elektrolyt mit einem Wärmeübertrager strömungstechnisch in Verbindung steht.

Bei einer bekannten Anlage obiger Art wird der erhitzte Elektrolyt in einem offenen System mittels einer Pumpe über eine Leitungsanordnung in einen Wärmeübertrager gedrückt, in dem der Elektrolyt den größten Teil seiner Wärme an Wasser z. B. eines Schwimmbades oder einer Warmwasseraufbereitungsraturen von etwa 85 Bis w ^ <u erwarten

Zum anderen strömt der Dampf zwangwe.se auch Sing der kalten Oberfläche der Elektrolytfluss.gken am Boden des Dampfraumes, wodurch insbesondere barn Anfahren der Anlage an Stelle der gewünschten Kondensation an der Kessdwand eine vers arkte

Kondensation an der Oberfläche der Elektro ytfluss.gkeit am Boden des Dampf raumes stattfindet

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zuurunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei hohen Wärmeübergangszahlen

eine kontinuierliche Proportionalregelung, ζ B. Entnahme unterschiedlicher Mediummenge bei konstanter vorwählbarer Temperatur oder umgekehrt Entnahme einer konstanten Mediummenge bei unterschiedlicher Temperatur, ^ gewährleisten und

so darüber hinaus die bisher erforderliche Umwälzpumpe für den Transport des Elektrolyten vom Behälter zum Wärmeübertrager entbehrlich werden zu

13ssen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Behälter und der Wärmeübertrager in einem geschlossenen System in Form yon kommunizierenden Gefäßen auf einer Dampf- und einer Flüssigkeitsseite des Elektrolyten verbunden sind und diese Verbindung allein durch ein Ventil auf der Dampfseite oder durch je ein Ventil auf der Dampf- und der Flüssigkeitsseite zu regeln ist. Auf diese Weise kann einerseits durch die Änderung des Aggreaatzustandes des Elektrolyten der Wärmeübergang im Wärmeübertrager bei hohen α-Werten vonstatten gehen, wodurch die Anlage eine kompaktere Form erhält und andererseits kann das Ventil ζ. Β. durch einen im Vorlauf des zu erwärmenden Mediums angeordneten Thermostaten je nach gewünschter

Wassertemperatur geöffnet oder geschlossen werden, wodurch der Wärmeübertrager praktisch momentan von der zur Erhitzung des Mediums notwendigen pampfmenge beaufschlagt wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung geschieht dies dadurch, daß der Behälter und der Wärmeübertrager aus zwei getrennten Zylindern bestehen, d:e durch eine Stegleitung an der Dampfseite und durch eine zweite Stegleiting an der Flüssigkeitsseite miteinander verbunden sind, wobei lediglich in der Üampfstegleitung ein Ventil angeordnet sein kann, das entweder in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur des im Wärmeübertrager erhitzten Mediums oder in Abhängigkeit \om Dampfdruck zu öffnen bzw. zu schließen

Ist hei dieser Anordnung beispielsweise das Ventil geschlossen und die Elektroden in Betrieb so wird durch tut verdampfende Wa'ssermenge die Temperatur und der Dampfdruck ständig erhöht, wodurch wieder m der Elektrolyt über die ottcneVerbindungsleitun·^ auf der Flüssigkeitszelle in den Z\ linder mit dem Wärmeübertrager zurückgedrückt und somit die Elekti'Ucn in immer starkcrem MaBc his /u einem beispielsweise von einem Sicherheitsschaltei /u regelnden Grenzwert freigelegt werden. Bei Bedarf wird iiann dieser gespeicherte Dampfpuffer durch öffnen des Ventils der Dampfstegleitung freigegeben und .im Wärmeübertrager auskondensiert. Da hindurch der Dampfdruck in dem Behälter absinkt, strömt die Elektrolytflüssigkeit über die Flüssigkeitsstcc'-itung vom Wärmeübertrager in den Behälter zu nick, überflutet in zunehmendem Maße die Elektroden und steigert dadurch wiederum Jeren Wärmeabgabe an den Elektrolyten. Sobald die durch den im Wirlauf des zu erhitzenden Mediums geschalteten Thermostaten gewünschte Temperatur erreicht wird, V.ÜV infolge der schlagartigen Vollast-Beaufschlagung de^ Wärmeübertragers mit dem Dampfpuffer sehr ra»ch geschieht, wird der Dampfstrom durch das Ventil in der Dampfstegleitung entsprechend der Pxwünschten, vorwählbaren Temperatur gedrosselt. Zur Vermeidung von Wärmezirkulationen auf der Flüssigkeitsseite zwischen Behälter und Wärmeübertrager erweist es sich als vorteilhaft, daß die Unterkante der Elektroden gleich hoch oder höher als die oberste Kante der Stegleitung auf der Flüssigkeitss.'ite angeordnet ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Auskühlung des Kondensats dem Wärmeübertrager ein zweiter in die Flüssigkeit getauchter Wärmeübertrager vorgeschaltet. Auf diese Weise wird das zu erhitzende Medium mit hohem Wirkungsgrad in einer zweistufigen Anordnung erwärmt, wobei es durch einen in das Kondensat getauchten Wärmeübertrager vorgewärmt und alsdann durch einen ausschließlich von der Dampfphase des Elektrolyten beaufschlagten zweiten Wärmeübertrager auf die gewünschte Endtemperatur erhitzt wird. Eine kompakte Anlage mil hohen Wärmeübergangszahlen wird dadurch erzielt, daß der Wärmeübertrager in dem Behälter untergebracht ist. wobei der Behälter eine zylindrische Form aufweist, in dem der Wärmeübertrager und die Elektroden konzentrisch und stehend sowie vorzugsweise in Topfbauart angeordnet sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 eine aus zwei Zylindern bestehende und durch je eine Stegleitung auf der Dampf- und Flüssigkeitsseite verbundene Anlage,

F i g. 2 die Anlage von F i g. 1 mit einem vorgeschalteten Wärmeübertrager in der Flüssigkeitsphase des Elektrolyten und

F i g. 3 eine kompakte Anlage mit konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden und Wärmeübertrager.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage besteht im we-"> sentlichen aus_ dem Behälter 1 und dem Wärmeübertrager 2, die in einem geschlossenen System in Form von kommunizierenden Gefäßen 1. 1' durch eine Stegleitung 3 auf der Dampfseite und eine weitere Siegleitung 4 auf der Flüssigkeitsseite miteinander verbunden sind. In dem Behälter 1 befindet sich der Elektrolyt 5 sowie die Elektroden 6, deren Unterkante 6' zur Vermeidung von Flüssigkeitszirkulaiionen gleich hoch oder höher als die oberste Kante 4' der Stegleitung 4 angeordnet ist. In der Dampfstegleitung 3 befindet sich ein Ventil 7. das entweder von einem im Vorlauf T des Wärmeübertragers 2 angeordneten Thermostaten 8 oder durch einen an den Behälter I angeschlossenen Pressostaten 9 /u öffnen bzw. zu schließen ist. Mit 2" ist der Rücklauf des '5 Wärmeübertragers 2 bezeichnet. Wird der Stromkreis der Elektroden 6 durch einen \on Hand oder durch eine Zeitschaltuhr zu betätigenden Schalter 10 geschlossen, so geben die Elektroden ihre volle Heizleistung her, da sie in diesem Fall von dem nicht erwärmten Elektrolyten 5 über ihre volle Höhe bis zum Niveau A überflutet werden. Mit steigender Temperatur verdampft der Elektrolyt, wodurch wiederum der Dampfdruck im Behälter 1 bei geschlossenem Ventil 7 ansteigt. Der steigende Dampfdruck im Behälter 1 wiederum bewirkt, daß der Elektrolyt 5 über die Stegleitunc 4 zurückgedrängt wird und dort beispielsweise bis um Niveau /? gedrückt wird In gleichem Maße werden dann auch die Elektroden 6 freigelegt und ihre Heizleistung vermindert. Der Gleichgewichtszustand wird dann erreicht, wenn der durch die \ erbleibende Heizleistung der Elektroden 6 erzeugte Dampfdruck im Behälter I gleich dem statischen Gegendruck der Flüssigkeitssäule im Behälter 1' ist. der sich aus der Differenz der Höhen der Flüssigkeitssäulen in den beiden kommunizierenden Gefäßen 1, Γ ergibt. Wird in diesem Zustand durch Öffnen des Ventils 11 dem Vorlauf 2' des Wärmeübertragers 2 beispielsweise Wasser entnommen, so wird durch den Thermostaten 8 das Ventil 7 der Stegleitung 3 geöffnet, wodurch sich der im Behälter befindliche Wärmepuffer durch überströmen in den Behälter 1' des Wärmeübertragers 2 entspannt, dort an den Wärmeaustauschflächen kondensiert und somit bei hohen Wärmeübergangszahlen seine Verdampfungswärme bei entsprechendem Druck an das im Wärmeübertrager 2 zu erhitzende Wasser abgibt. Zugleich sinkt im Behälter 1 der aufgebaute Dampfdruck ab. wodurch über die Stegleitung 4 eine dem momentanen Druckgleichgewichlszustand entsprechcnde Menge des Elektrolyten aus dem Behälter I' in den Behälter 1 zurückfließt und dort die Elektroden 6 in größerer Höhe überflutet. Hierbei stellt der auf eine vorwählbare Temperatur im Vorlauf T cinjusticrte Thermostat 8 das Ventil 7 so ein. daß der Wärmcinhalt des dann noch durch die Stegleitung zum Wärmeübertrager 2 strömenden Dampfes gerade ausreicht, um das Medium im Wärmeübertrager auf die gewünschte Vorlauftemperatur zu erhitzen.

Da der im Behälter 1 vorhandene Dampfdruck eine das Ventil 7 entweder durch den im Vorlauf 2' des

unmittelbare Funktion der entsprechenden Dampf- Wärmeübertragers 2 angeordneten Thermostaten 8

temperatur ist, kann die vorbeschriebene Regelung oder durch einen zum Behälter 1 führenden Presso-

auch durch einen an den Behälter 1 angeschlossenen staten 9 zu öffnen bzw. zu schließen.

Pressostaten 9 erreicht werden. 5 Es versteht sich, daß die hier an Hand von nur

Um das vom Wärmeübertrager 2 herabtropfende drei Ausführungsbeispielen aufgezeichnete Erfindung

Kondensat 5' des Elektrolyten zur Vorwärmung des je nach Anwendungsbereich verschiedene Abwand-

Mediums auszunutzen und damit den Gesamtwir- lungcn sowohl in der Form, der Größe und der-Rege-

kungsgrad des Systems zu erhöhen, wird medium- lung zuläßt.

seitig vor den Wärmeübertrager 2 ein zweiter Wärme- i° So ist es beispielsweise möglich, die in F i g. 1 übertrager 11" geschaltet, der zweckmäßig so gestaltet oder 3 beschriebene Ausführungsform sowohl als 'ein ist, daß er sich mit seiner gesamten Höhe in der kompaktes Heißwassergerät für Haushaltungen herheißen Grenzschicht C des auszukühlenden Konden- zustellen oder als Großanlage bei der Beheizung von sats S' befindet. Schwimmbädern zur Anwendung gelangen zu lassen.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 ist der Wärme- 15 Weiterhin ist es beispielsweise möglich, zur Erzie-

übcrtrager 2 in dem Behälter 1 angeordnet, wobei lung einer flexibleren Regelung zu dem Wärmeüber-

wiederum mit 3 die durch das Ventil 7 zu verschlie- trager 2 der F i g. 1 weitere mit einem derartigen

ßende bzw. zu öffnende Dampfstegleitung bezeichnet Wärmeübertrager 2 ausgerüstete, zylindrische Gefäße

ist, während die Flüssigkeitsstegleitung 4 nunmehr hintereinander zu schalten und sie unter Ausnutzung

durch im Behältermantel 2^1V des Wärmeübertragers 2 20 des verbilligten Niedertarifstromes in den Niedertarif-

befindliche öffnungen 4" gebildet wird. Auch hier ist zeiten wie Wärmespeicher aufzuladen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage zur Erzeugung von Wärme mittels elektrischem Strom in einem Behälter, der mit einem Elektrolyten und darin einzutauchenden Elektroden versehen ist, wobei der Elektrolyt mit einem Wärmeübertrager strömungstechnisch in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) und der Wärmeübertrager (2) in einem geschlossenen System in Form von kommunizierenden Gefäßen (1,1') auf einer Dampf- und einer Flüssigkeitsseite des Elektro-. lyten (5) verbunden sind und diese Ve; bindung (3, 4) allein durch ein Ventil (7) auf der Dampfseite oder durch je ein Ventil (7) auf der Dampfund der Flüssigkeitsseite zu regeln ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) und der Wärmeübertrager (2) aus zwei getrennten Zylindern (1, 1') bestehen, die durch eine Stegleitung (3"> «n der Dampfseite und durch eine zweite Siegleitung (4) an der Flüssigkeitsseite miteinander verbunden sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2. dadurch

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