DE2208560A1

DE2208560A1 - Heißwasseraufheizsystem

Info

Publication number: DE2208560A1
Application number: DE19722208560
Authority: DE
Inventors: Maurice Gordon Wirral Cheshire Gibbs (Großbritannien)
Original assignee: Electricity Council
Current assignee: Electricity Council
Priority date: 1971-02-24
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1972-09-14
Also published as: GB1323522A; FR2127686A5

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickkann, 2208560

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22 ; <98 3921/22>

Schu/H.

THE ELECTRICITY COUNCIL

30 Millbank, London, S.U. 1 England

Heißwasseraufheizsystarn.

Die Erfindung betrifft ein Uasseraufheizsystsm, uie es etwa für die HauShaltsheißwasservarsorgung odar für die Zentralheizung einas Gebäudes verwandt wsrdan kann. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Systeme, in denen ein Wärmespaicharkern zur Wärmespeicherung verwandt wird, wobei die Wärme nach Bedarf aus dam Wärmespeicherkarn an einen Wärmeaustauscher zur Aufhaizung des Uassars übertragen uird, wobei Dampf als sin Übertragungsmedium verwandt uird.

In der Deutschen Patentanmeldung P 20 13 365.3 ist ein Wasseraufheizsystem beschrieben mit ainem Uärmespeichsrkern, mit Einrichtungen, um den Kern auf eine Temperatur über dam Siedepunkt das Uassars aufzuheizen, mit einar Dampf- und Wasserkammer über dam Kern, die mit ainam Wasservorratsbahälter verbunden ist, mit Einrichtungen, durch die dia Kammer mit einer y«e«erzufuhr und einer Leitung, z. B. einem

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Rohr, verbunden ist, das sich von der Kammer in den Korn erstreckt, uobei sich die Leitung in dieser Kammer nach aufwärts erstreckt und eine Dampföffnung und gleichfalls ein Uassereinführloch besitzt, das unter dieser Dampföffnung angeordnet ist, so daß durch den Dampfdruck, der in dieser Kammer durch Verdampfen von Uasser in dieser Leitung erzeugt wird, das Uasser in den Vorratsbehälter zurückgedrückt uird, uobei die Wasserhöhe in dieser Kammer außerhalb der Leitung bzu, des Durchganges unter dieses Einführloch heruntergedrückt uird. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Anordnung die Zufuhr von Uasser von der Uasserhöhe und somit von dem Dampfdruck abhängt} mit Hilfe dieses Systems erhält man somit eine sich selbst regulierende Wasserzufuhr in das Rohr hinein, in dem das Uasser verdampft und somit Dampf erzeugt uird. Dem Dampf uird Wärme durch einen Wärmeaustauscher entzogen, der einen Uassererhitzer bildet, der z. B. zur HaushaltsheiOuasserversorgung oder zur Versorgung eines Zentralheizungssystems dient. Bei diesem Dampfübertragungssystem uird dem Wärmespaicherungskern entsprechend der Geschwindigkeit, mit der die Wärme zum Verbrauch in dam Wärmeaustauscher erforderlich ist, Uärme entzogen.

Bei dem anhand der obigen Anuendung beschriebenen System erfolgt dia Dampferzeugung in einem Rohr oder Rohren, die in den Uärmespeicherungskern hinabragen. In dem Rohr oder in jedem Rohr fällt das Uasser, das in das Rohr eintritt, in das Innere des Wärmespeicherungskerns hinab, und der Dampf uird durch dasselbe Rohr aufuärts geleitet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Uärmespeicherungskern bei einem Wasseraufheizsystem, bei dem von einem Uärmespeicherungskern und Dampf als einem Übertragungsmedium zur Abfuhr von Wärme aus dem Uärmespeicherungskern und zum überführen von Uärme an einen Uärmeaustauschar Gebrauch gemacht uird, ein oder mehrere offenendige U-Rohre, uobei Uasser in das obere Ende lediglich eines Armes jedes Rohres

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eingeleitet uird. Zueckmäßigerweise ragen beide Arme des Rohres in einen gemeinsamen Dampfraum hinein, der z. B. durch eine Kappe gebildet uird, die sich über die Endsn der U-Rohrarme hinweg erstreckt, wobei das untere Ende der Kappe gegen das Uasser in einem Vorratsbehälter hin, das die Kappe umgibt, geöffnet ist. Bei dieser Anordnung, bei der das Uasser lediglich in einen Arm eines U-Rohrs eintritt, kann der Dampf in einem oder beiden Armen je nach der Uärmeströmungsgaschwindigkeit und der Rohrtemperatur aufwärts strömen. Da beide Enden des Rohres offen sind, besteht eine wesentlich geringere Verengung bzw. Behinderung für einen Uassereintritt als bei einem einzigen Rohr, bei dem ein Ende verschlossen ist, so wie es bei der oben beschriebenen Anmeldung der Fall ist. Weiterhin ist es bei dieser Anordnung nicht notwendig, das untere Ende des Rohres zu verschweißen, um es zu verschließen und um dadurch jegliche Möglichkeit eines Leckflusses auszuschließen, bei dem Uasser in das Uärmespeicherungsmedium eintritt. Es ist leicht einzusehen, daß, um die maximale Uärmespeicherung zu erhalten, das Uärmespeicherungsmedium bei einer so hohen Temperatur, wie sie gerade möglich ist, betrieben werden muß, und die Rohre, die in dem Uärmespeicherungsk8rn verlaufen, müssen aus einem geeigneten Material bestehen, das trotz der Tatsache, daß dieses Material zum Verdampfen von Uasser bei hohen Temperaturen verwandt wird, nicht korrodiert, Typischerweise kann das Rohr aus Incoloy (Uarenzeichen) oder einem ähnlichen Material bestehen.

Das Rohr oder die Rohre müssen zwischen Blöcken aus Uärmespeicherungsmaterial, das den Uärmespeicherungskern bildet, angeordnet werden. Die Uärmeübertragung von den Blöcken zu dem Rohr oder den Rohren erfolgt sodann hauptsächlich durch Strahlung. In oder zwischen den Blöcken können elektrische Heizelemente angeordnet werden.

Das U-Rohr, odnr jedes U-Rohr, wenn mehr als ein Rohr verwandt wird, wird vorzugsweise mit einem abgeplatteten Abschnitt aus-

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gestattet, um das Verhältnis der Uärmeübertragungsoberfläche zu der Querschnittsflächa des Rohres im Vergleich zu einem U-Rohr mit kreisförmigem Querschnitt zu vergrößern. Somit wird die maximale Uärmeübertragungsgeschwindigkeit im Verhältnis zu einem Rohr mit kreisförmigem Querschnitt erhöht. Bei einer Anordnung, bei der die Wärmeübertragung vollständig oder hauptsächlich durch Strahlung von den Blöcken zu dem Rohr oder den Rohren erfolgt, uird die äußere Oberfläche des Rohres vorzugsweise oxydiert oder anderweitig behandelt, um sein Strahlungsabsorbtionsvermögen zu erhöhen.

In manchen Fällen, insbesondere, wenn ein metallischer Kern, z, B, aus Gußeisen, verwandt wird, können das Rohr oder die Rohre in einen Uärmespeicherungsblock eingeklebt oder vergossen werden, um die Uärmeübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen und um gleichfalls zu erreichen, daß ein begrenzter Anteil der Speicherungskapazität in engem Kontakt mit einem Rohr steht, so daß man während einer begrenzten Zeit hohe UMrmeabgabegeschwindigkeiten erhält. So wird gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung bsi einem Uasseraufheizsystem, bei dem ein Uärmespeicherungskern mit einem oder mehreren offenendigen U-Rohren, die sich in den Kern hinein erstrecken, und Einrichtungen verwandt werden, um Uasser, das verdampft werden soll, in die Rohre einzuleiten, um dadurch Dampf für eine Wärmeübertragung von dem Uärmespeicherungskern zu einem Wärmeaustauscher zu erhalten, wenigstens ein Rohr in einen Uärmespeicherungsblock in dem Uärmespeicherungskern, oder der diesen Uärmespeicherungskern bildet, eingeklebt oder sonst gut wärmeleitend befestigt.

Bei einer Anordnung, bei der ein oder mehrere U-Rohre verwandt werden, könnan die beiden Arme des oder jedes U-Rohres gleiche Länge aufweisen, wobei in einem dieser Arme in einer Höhe unter dem oberon Ende des anderen Armes oine Öffnung vorgesehen ist, dia den Eintritt von Uasser gestattet. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Arm auch länger als der andore soin, wobei dos Uoascr r.odann an dem oberem Endo dos kürzoron Armos

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eintreten kann. In beiden Fällen kann eine Dampfkappe, wie bereits beschriebeni über und um die oberen Enden des Rohres herum angeordnet uerden, so daß durch den Dampfdruck in dar Kappe, uenn Uasser verdampft, das Uasser aus dem unteren Ende der Kappe in einen umgebenden Uorratsbehälter heruntergedrückt uird, bis die Uasserhöhe in der Kappe unter dem Uassar.einlaß für die U-Rohre liegt. Wenn Dampf zu Uärmeübertragungszuecken verwandt wird, sinkt der Dampfdruck, wodurch Uasser in das Rohr eintreten kann, so daß ein selbstregulierendes System gebildet uird, das den Dampfdruck zur Steuerung der Uasserhöhe aufrechterhält.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten vorzugsueisen Ausführungsbeispiels erläutert uerden. In der Zeichnung zeigen:

Die Fig. 1, 2 und 3 einen senkrechten Schnitt, einen quarverlaufenden Schnitt bzu. einen horizontal verlaufenden Schnitt durch einen Teil eines Uasseraufheizsystems.

In der Zeichnung ist ein Uärmespeicherungssystem gezeigt mit einer Zahl von Blöcken 10, die einen Uärmespeicherungskern bilden, der von isolierendem Material 11 umgeben ist. Die Blöcke 10 können aus GuQeieen oder einem feuerbeständigen Material, z, B. Eisen- III-Oxyd bestehen. Zwischen den Blöcken und in dem Uärmespeicherungssystem abwärts verlaufend sind eine Zahl von U-förmigen Siederohren 12 aus Incoloy angeordnet. Die oberen Enden dieser Rohre sind offen und erstrecken sich in eine Dampfkappe 13 hinein. In der dargestellten vorzugsueisen Ausführungsform 3ind zwei derartige Dampfkappen vorgesehen, von denen sich jede über die offenen Enden zweier U-Rohre 12 erstreckt. Die Dampfkappen 13 sind von Uaseer in einem Vorratsbehälter 14 umgeben. Bei dieser besonderen Ausführungsform besitzen die beiden Arme jedes U-Rahres gleiche Länge, In einem Arm jedes Rohres ist in einer Höhe unter dem oberen Ende des Rohres, jedoch innerhalb der Dampfkappe, eins

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Uasseroinlaßöffnung 15 vorgesehen.

Die Rohre 12 können mit den Uärmespeicherungsblöcken 10 z. B. dadurch verhaftet oder mit diesen verbunden sein, daß die UärmBspeicherungsblöckB aus einem schmelzbaren Oxydmaterial hergestellt werden, das um die Rohre herum ausgeformt werden kann» Eine derartige Anordnung ist besonders anwendbar, wenn ein mstallischer Kern, z. B. aus Gußeisen, verwandt wird. Bei einem keramischsn Kern oder einem Kern aus gesintertem Eisenoxyd wurde festgestellt, daß man eine wirksame Wärmeübertragung durch Strahlung und teilweise Leitung erhält, wenn die Rohre die Blöcke berühren.

Im Betrieb tritt Uasser aus dem Vorratsbehälter 14 in den Dampfraum ein und gelangt durch die Öffnungen 15 in die Siederohre. Uann Uasser in ein Rohr eintritt, fällt es in diesem Rohr abwärts und wird verdampft, so daß Dampf erzeugt wird, der durch beide Arme des U-förmigen Rohres aufsteigen kann. Durch den sich ergebenden Dampfdruck in dem Dampfraum in der Kappe 13 wird sin thermischer Gleichgewichtszustand aufrechterhalten, bei dem der Dampfdruck die Uasserhöhe steuert, wobei das Uasser, indem es steigt, so daß es durch eine Öffnung 15 in ein Rohr gelangt, je nach Bedarf den erforderlichen Dampfdruck aufrechterhält, so daß die Uasserhöhe in dar Kappe annähernd auf der Höhe der Öffnungep 15 gehalten wird. Dem Dampfraum wird Uärme mit Hilfe von Röhren 16 entzogen, die einen Uärmeaustauscher bilden. Das zu erhitzende Uasser, das gewöhnlich das Heißwasser für Haushaltungen oder für ein Zentralheizungssystem bildet, wird durch diese Röhren 16 geleitet. Uia aus Fig. 2 zu ersehen ist, können eine weitere Röhre oder weitere Röhren 17 in dem Uasservorratsbehälter 14 vorgesehen werden, um dem Uasser in dem Vorratsbehälter Uärme zu entziehen.

Uie aus Fig. 3 zu ersehen ist, besitzen die U-Rohre 12 kBinen kreisförmigen, sondern einen abgeplatteten Querschnitt, um

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das Verhältnis der äußeren Oberfläche der Rohre zu der Quersch nittsflache zu vergrößern und um dadurch die Uärmeübertragungsgeschuindigkeit im Vergleich zu Rohren mit kreisförmigem Querschnitt derselben QuerschnittsfIäch8 zu vergrößern.

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Claims

Patentansprüche

Uasseraufheizsystem unter Verwendung eines Uärmespeicherungskerns und Dampf als Uärmeübertragungsmedium, um Wärmeenergie von dem Uärmespeicherungskern an einen Wärmeaustauscher mit Hilfe eines oder mehrerer Rohre zu überführen die an ihrem oberen Ende zu einem Dampfraum hin offen sind und sich in den Uärmespeicherungskern hinein erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Rohr (12) aus einem offenendigen U-Rohr besteht, wobei Uassor in das obere Ende lediglich eines Armes jedes Rohres eingeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Arme des oder jedes Rohres (12) in einen gemeinsamen Dampfraum hineinragen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Dampfraum durch eine Kappe (13) gebildet uird, die sich über die Enden der Arme der U-Rohre (12) erstreckt, und daß ein unteres Ende der Kappe für Uasser in einem Vorratsbehälter (14), das die Kappe umgibt, geöffnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder die Rohre (12) in oder zwischen Blöcken (1O) aus einem Uärmespeicherungsmaterial, das den Uärmaspeicherungskern bildet, angeordnet ist bzw. angeordnet sind, und daß in oder zwischen den Blöcken (1O) elektrische Heizelemente angeordnet sind.

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5_# Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr oder jedes Rohr (12) einen abgeflachten Querschnitt aufweist, so daß das Verhältnis der Uärmaübertragungsoberfläche zu der Querschnittsfläche des Rohres im Vergleich zu einem U-Rohr mit kreisförmigem Querschnitt vergrößert
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des oder jedes Rohres oxydiert ist,
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedas U-Rohr (12) zwischen getrennten Uärmespeicherungsblöcken (10.) angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragung hauptsächlich durch Strahlung von den Blöcken zu dem U-Rohr erfolgt.

8, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gokennz eichnet, daß das Rohr oder jedes Rohr (12) mit einem Uärmospeicherungsblock (1O) verbunden ist.

9, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arme des oder jedes U-Rohre3 die gleiche Länge aufweisen, und daß in einem der Arme jeweils eine Öffnung (15) in einer Höhe unter dem oberen Ende dos anderen Arms vorgesehen ist, wodurch ein Uassareinlaß gebildet uird.

10, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bie 8, daduroh gekennzeichnet, daß das oder jedos U-Rohr (12) einen Arm aufweist, der länger als der andere Arn ist, wobai das Wasser an dam obaran Ende? des kürzeren Armes eintreten kann.

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