DE2248333C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsanordnung für flüssigkeitsbetriebene Wärmetauscher mit einem an eine Luftabführstelle des Wärmetauschers anschließbaren, aufrechten Entlüftungsrohr, in dem das höchste Flüssigkeitsniveau unterhalb des Rohrendes lieg!. Eine solche Entlüftungsanordnung ist durch die US-PS 69 340 bekannt geworden.

Entlüftungsanordnungen für flüssigkeitsbetriebene Wärmetauscher haben die Aufgabe, während der Füllung und im Betrieb des Wärmetauschers Luft oder Gase aus dem Wärmetauscher in die Umgebung abzuführen bzw. bei Entleerung des Wärmetauschers das Einströmen atmosphärischer Luft zuzulassen, damit die Füllung und Entladung vollständig und schnell vonstatten geht und die beim Betrieb zirkulierende Flüssigkeit lediglich geringe Luftmengen aus der ίο umgebenden Atmosphäre absorbiert Dies so'l möglichst auch bei veränderlichem Druck der Wärmetauscherflüssigkeit erreicht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe

zugrunde, die eingangs beschriebene Entlüftungsanord-

is nung dahingehend zu verbessern, daß sie auch bei

Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes zuverlässig

arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in die Umgebung mündende Entlüftungsrohr von einem Mantel umgeben ist, der einen das Entlüftungsrohr umgebenden Raum einschließt, der mit frostbeständiger Flüssigkeit aufgefüllt ist, die zumindest im unteren Bereich des Raumes mit einer wärmeabgebenden Fläche in Verbindung steht Durch diese Anordnung bildet sich in der frostbeständigen Flüssigkeit aufgrund ihrer lokalen Erwärmung eine natürliche Konvektionsströmung aus, die sich über die Gesamthöhe des Entlüftungsrohres erstreckt unJ die von der wärmeabgebenden Räche aufgenommene Wärme durch natürliche Umwälzung zum oberen Ende des Entlüftungsrohres befördert, so daß dort eine oberhalb des Gefrierpunktes liegende Temperatur aufrecht erhalten wird.

Kann der Wärmebedarf nicht von der durch den Wärmetauscher hindurchströmenden Kühlflüssigkeit

selbst gedeckt werden, so dient zweckmäßigerweise eine von außen gespeiste Heizung als wärmeabgebende Räche.

Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 stellen eine

weitere Ausgestaltung der Erfindung dar mit dem

Vorteil, daß der Flüssigkeitsspiegel ·ιπι Entlüftungsrohr

weitgehend verschlossen ist Dadurch wird einerseits die

Wärmeabgabe von der Wärmetauscherflüssigkeit an die Umgebung und andererseits die Luftabsorption aus der Umgebung verringert.

Die Merkmale des Anspruches 5 stellen sicher, daß auch bei der üblichen Parallelschaltung zahlreicher Wärmeaustauscher unter Verwendung eines gemeinsamen Entlüftungsrohres eine ausreichende Zirkulation so der Wärmetauscherflüssigkeit in den Verbindungsrohren vorliegt, die ein lokales Einfrieren verhindert

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigt

F i g. I die erfindungsgemäße Entlüftungsanordnung im Längsschnitt;

F i g. 2 den Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels;

F i g. 3 den Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels;

Fig.4 eine Einzelheit aus Fig.3 in entleertem Zustand des Entlüftungsrohres und

Fig,5 den Anschluß mehrerer Wärmetauscher an eine gemeinsame Entlüftungsanordnung.

Wie F i g. I zeigt, ist an eine obere Wasserkammer 1 eines an sich beliebigen Wärmetauschers ein aufrechtes EntlUftungsrohr 2 angeschlossen. Über dieses Entlüftungsrohr 2 gelangt der Innenraum des Wärmetauschers mit der Umgebung in Verbindung, so daß beim

Füllen des Wärmelauschers die darin zuvor enthaltene Luft durch das Entlüftungsrohr 2 hindurch in die Umgebung entweichen kann, während beim Entleeren des Wärmetauschers Luft über das Entlüftungsrohr 2 in den Wärmetauscher hineinströmen kann.

Während des Betriebes des Wärmetauschers sammeln sich die bei der Umwälzung in die Kühlflüssigkeit gelangenden Gase in der oberen Wasserkammer 1 an und entweichen ebenfalls durch das Entlüftungsrohr 2 hindurch nach außen.

Im Betriebszustand des Wärmetauschers, wo in der oberen Wasserkammer 1 ein Druck aufrecht erhalten werden soll, der lediglich etwas höher ist als der Atmosphärendruck, kann das Wasserniveau im Entlüftungsrohr 2 beispielsweise in der Höhe 3 liegen. Im allgemeinen bedeutet dies, daß das Wassemiveau um etwa 0,5 m höher liegt als die oberste Stelle der oberen Wasserkammer 1.

Beim Auffüllen von weiteren parallelgeschalteten Wärmetauschern muß der in der Wasserkammer 1 herrschende Druck den Betriebsdruck wesentlich übersteigen und beispielsweise 5 bis 6 m Wassersäule betragen. Dann liegt die Wasseroberfläche in der angedeuteten Höhe 9.

Die Baulänge des Entlüftungsrohres 2 muß demnach so groß gewählt werden, daß auch bei der Höhe 9 das Wassemiveau noch unterhalb der Ausmündung ins Freie zu liegen kommt Auf diese Weise wird das Entlüftungsrohr 2 selbst bei verschiedenen Drücken geeignet sein, Luft abzuführen, ohne daß dabei Wasser aus dem Wärmetauscher entweichen kann.

Um ein Zufrieren des im Entlüftungsrohr 2 verweilenden Wassers und des entstehenden Kondensates zu vermeiden, ist das Entlüftungsrohr von einem Mantel 4 umgeben, wobei der geschlossene Raum 5 zwischen dem Entlüftungsrohr 2 und dem Mantel 4 mit einer frostbeständigen Flüssigkeit, beispielsweise mit Transformatoröl, aufgefüllt ist Das Transformatoröl erwärmt sich über die wärmeabgebende Fläche la aus der durch den Wärmetauscher hindurchströmenden warmen « Kühlflüssigkeit und befördert die aufgenommene Wärmemenge durch eigene natürliche Umwälzung zum oberen Ende des Entlüftungsrohres 2. Durch die Wand des Entlüftungsrohres 2 wird die Wärme an das in diesem stehende Wasser abgegeben. Auf diese Weise kann vermieden werden, daß an Stellen des Entlüftungsrohres 2, die von der oberen Wasserkammer 1 relativ weit entfernt liegen, Dampfkondensat oder ruhende Kühlflüssigkeit zufriert und das Entlüftungsrohr verschließt so

Steht zur Wärmeübergabe von der im Wärmetauscher strömenden Flüssigkeit auf den ölmantel lediglich eine geringe Räche la zur Verfügung, so kann der das Ol aufnehmende Raum 5 mittels einer Heizung 8, beispielsweise eine elektrische Heizung, erwärmt werden. Durch eine solche äußere Heizung 8 kann dem mit Öl gefüllten Raum 5 genügend Wärme zugeführt werden, um einen frostfreien Betrieb der Entlüftungsanordnung bei beliebigen klimatischen Verhältnissen zu garantieren. Die Erhöhung der Heizleistung ermöglicht, die im Entlüftungsrohr 2 befindliche Flüssigkeit selbst bis zum Siedepunkt zu erwärmen, In diesem Zustand kann die Flüssigkeit keine Gase absorbieren, obwohl sie dabei mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Wärmeverluste nach außen werden durch eine Isolation 6 des Mantels 4 verringert. An den ölraum 5 schließt sich ein Überlaufrchr 7 an, das gewährleistet, daß nachteilige Drücke selbst bei überhitztem öl den Mantel 4 nicht gefährden können.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 unterscheidet sich dadurch, daß an die obere Wasserkammer 1 des Wärmetauschers ein Entlüftungsrohr 10 angeschlossen ist, das einen Abschnitt U mit verringertem Durchmesser aufweist Die Stelle des verjüngten Abschnittes 11 ist derart gewählt, daß seine Höhe etwa jener Höhe des Flüssigkeitsniveaus entspricht, die sich im Normalbetrieb des Wärmetauschers einstellt

Im Entlüftungsrohr 10 befindet sich eine Kugel 12, deren spezifisches Gewicht geringer ist als das der Kühlflüssigkeit und deren Durchmesser etwas geringer ist als der des verjüngten Abschnittes 11 des Entlüftungsrohres 10. Auf diese Weise schwimmt die Kugel 12 auf der Flüssigkeitsoberfläche. Bei Normalbetrieb befindet sich die Kugel innerhalb des verjüngten Abschnittes 11, wobei die Flüssigkeitsoberfläche größtenteils verschlossen wird. Dadurch wird verhindert, daß die Flüssigkeit größere Mengen an Luft aus der Umgebung absorbiert und zugleich wird die Wärmeabgabe von der Flüssigkeit an die Umgebung bei tiefen Umgebungstemperaturen verringer; Diese Ausführungsform eignet sich vor allem dann, wenn die Kühlflüssigkeit keine löslichen Gase enthalten darf, wie es beispielsweise bei Kondensationssystemen von Kraftwerken der Fall ist

Beim Füllen des Wärmetauschers, wo eine große Luftmenge rasch entfernt werden muß, wird die Kugel 12 durch den Druck der ausströmenden Luft aus dem verjüngten Abschnitt 11 herausgedrückt und in den sich oben anschließenden erweiterten Teil des Entlüftungsrohres 10 verlagert, so daß genügend freier Strömungsquerschnitt für die Luft entsteht Bei schneller Entleerung des Wärmetauschers sinkt die Kugel 12 zusammen mit dem Wasserspiegel in den ebenfalls erweiterten unteren Teil des Entlüftungsrohres 10, so daß der freie Strömung3querschnitt vergrößert wird und große Luftmengen in den Wärmetauscher einströmen können. Die unterste Lage der Kugel 12 ist durch ein eingebautes Gitter 13, die oberste Lage dutch ein Gitter 14, die jeweils in den erweiterten Abschnitten des Entlüftungsrohres 10 sitzen, definiert. Das obere Gitter 14 verhindert, daß die Kugel 12 durch den Luftstrom beim Auffüllen des Wärmetauschers aus dem Entlüftungsrohr 10 herausgeblasen wird.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein gleichartiges Entlüftungsrohr 10 wie in F i g. 2 an die obere Wasserkammer 1 des Wärmetauschers angeschlossen ist. Dieses Entlüftungsrohr 10 weist ebenfalls einen verjüngten mittleren Abschnitt 11 auf, in dem das Niveau der Kühlflüssigkeit bei Normalbetrieb liegt. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel schwebt hier auf dem Spiegel der Flüssigkeitssäule eine Schicht aus gleichförmigem körnigem Material 15, beispielweise Kunststoffkugeln eines Durchmessers von 4 bis 5 mm, dessen spezifisches Gewicht geringer ist als das der Kühlflüssigkeit Dadurch wird vermieden, daß die Kühlflüssigkeit Luft aus der Atmosphäre absorbiert oder Wärme an diese abgibt.

Der sich erweiternde obere Teil des Entlüftungsrohres 10 ist durch ein Gefäß 16 mit porösen Wänden abgeschlQS&en, Ein ähnliches Gefäß 17 mit porösen Wänden schließt den unteren sich erweiternden Teil des Entlüftungsrohres 10 ab. Steigt oder sinkt das Flüssigkeitsniveau im Verhältnis zur Normallage, dann gelangt das auf dem Flüssigkeitsspiegel schwimmende körnige Material 15 in die Gefäße 16 bzw. 17, deren Poren geringer sind als die Korngröße. Der Rauminhalt

der Gefäße 16 und 17 isl so gewählt, daß selbst dann ein freier Querschnitt von geeigneter Größe zur Durchströmung der Flüssigkeit bzw. von Gasen durch das Entlüftungsrohr 10 hindurch verbleibt, wenn sich die gesamte Menge des Kornmaterials 15 in dem einen oder dem anderen Gefäß befindet.

In Fig.4 ist beispielsweise der Entleerungszustand des Wärmetauschers dargestellt, bei dem die Flüssigkeit aus dem Entlüftungsrohr 10 bereits entwichen ist und sich das körnige Material 15 am Boden bzw. im unteren Teil des Gefäßes 17 abgesetzt hat. Die Luft kann in Richtung der Pfeile 18 durch die oberen freien Poren der Gefäßwand hindurchströmen.

Beim Auffüllen des Wärmetauschers sammelt sich das körnige Material 15 unter Einwirkung der aus dem Wärmetauscher entweichenden Luft im oberen Teil des oberen Gefäßes 16 an, wobei dann im unteren Teil dieses Gefäßes ein genügender Querschnitt zum Durchlassen von entweichender Luft zur Verfügung steht.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Gruppe von parallelgeschalteten Wärmetauschern 19 gemeinsam entlüftet werden. Zu diesem Zweck sind die Wärmetauscher 19 allesamt an eine Entlüftungsanordnung 20 angeschlossen, die dem Entlüftungsrohr 2 bzw. 10 gemäß Fig. I, 2 oder 3 entspricht. Der Anschluß erfolgt über ein Sammelrohr 21, das mit den oberen Wasserkammern der einzelnen Wärmetauscher 19 verbunden ist und die von dort entweichenden Gase der

ίο Entlüftungsanordnung 20 zuführt. Weiterhin ist das Sammelrohr 21 mit seinen beiden Enden an eine Zuführleitung 22 angeschlossen, so daß die Kühlflüssig keil in Richtung der Pfeile 23 durch das Sammelrohr 21 strömt, in den unteren Teil der Entlüftungsanordnung 20 gelangt und von dort durch ein Rohr 24 hindurch in die Abführleitung 25 der Umwälzleitung strömt. Hierdurch wird eine ständige Wasserzirkulation durch die Leitungen 21 und 24 hindurch sichergestellt, so daß auch bei niedrigen Außentemperaturen kein Einfriere! :<.i befürchten ist.

Hierzu 2 Blatt

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Entlüftungsanordnung für flüssigkeitsbetriebene Wärmetauscher mit einem an eine Luftabführstel-Ie des Wärmetauschers anschließbaren, aufrechten Entlüftungsrohr, in dem das höchste Flüssigkeitsniveau unterhalb des Rohrendes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Umgebung mündende Entlüftungsrohr (2,10) von einem Mantel (4) umgeben ist, der einen das Entlüftungsrohr (2,10) umgebenden Raum (5) einschließt, der mit frostbeständiger Flüssigkeit aufgefüllt ist, die zumindest im unteren Bereich des Raumes (5) mit einer wärmeabgebenden Fläche (Xa) in Verbindung steht

2. Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der wärmeabgebenden Fläche (\a) eine von außen gespeiste Heizung (8) vorgesehen ist.

3. Entlül'tungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem unteren und einem oberen Abschnitt des Entlüftungsrohres (10) ein verjüngter Abschnitt (11) vorgesehen ist, dessen Höhe etwa der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Normalbetrieb entspricht, daß auf der Flüssigkeit eine Kugel (12) schwimmt, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser des verjüngten Abschnittes (11) und daß im oberen und unteren Abschnitt des Entlüftungsrohres (10) je ein Gitter (14 bzw. 13) angeordnet ist, dessen Maschenweite geringer ist als der Durchmesser der Kugel (12).

4. Entlüftungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem unteren und einem oberen Abschnitt des Entlüftungsrohres (10) ein reriüngter Abschnitt (11) vorgesehen ist, dessen Höhe c wa der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Normalbetrieb entspricht, daß auf der Flüssigkeit ein körniges Material (15) schwimmt, und daß in den unteren und oberen Abschnitten des Entlüftungsrohres (10) Gefäße (17 bzw. 16) mit poröser Wand angeordnet sind, deren Porengröße kleiner ist als die Korngröße des Materials (15) und die einen Rauminhalt aufweisen, bei welchem der nach Aufnahme des körnigen Materials (15) bestehende freie Strömungsquerschnitt durch die poröse Wand etwa dem Querschnitt des verjüngten Abschnittes (11) des Entlüftungsrohres (10) entspricht.

5. Entlüftungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß mehrerer Wärmetauscher (19) an eine gemeinsame Entlüftungsanordnung (20) eine Sammelleitung (21) vorgesehen ist, die einen mittleren Abschnitt zum Anschluß an die Entlüftungsanordnung (20) aufweist und mit einer Zuführleitung (22) und über ein Rohr (24) mit einer Abführleitung (25) in Verbindung steht.