DE2425589A1

DE2425589A1 - Verfahren und vorrichtung zum abwechselnden heizen und kuehlen eines waermetauschers einer heiz-kuehl-anlage

Info

Publication number: DE2425589A1
Application number: DE19742425589
Authority: DE
Inventors: Otmar Dipl Ing Schaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-05-27
Filing date: 1974-05-27
Publication date: 1975-12-11
Also published as: JPS512051A; DE2425589C3; FR2273243A1; SU843783A3; DE2425589B2; GB1473074A; BR7503332A; US4026347A; FR2273243B1; JPS5413009B2

Description

BLUMBACH ■ WESER ■ BERGEN & KRAMER PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN

DIPL-ING. P. G. BLUMBACH DIPL-PHYS. DR. W. WESER· DIPL-ING. DRJUR. P, BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER

62 WIESBADEN 8 MÖNCHEN 60, FLOSSMANNSTRASSEI 5

TELEFON (089) 883603/883604

74/000U

Dipl.-Ing. Otmar Schäfer 8 München 80, Pienzenauerstr. 9

Verfahren und Vorrichtung zum abwechselnden Heizen und Kühlen eines Wärpetausehers einer Heiz-Kühl-Anlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum abwechselnden Heizen und Kühlen eines Wärmetauschers, wie einer Presse oder eines Reaktionsbehälters, einer Heiz-Kühl-Anlage mit Wärmerückgewinnung, bei dem in der Aufheizphase die von dem Wärmetauscher zurückfließende kühle und in der Abkühlphase die von dem Wärmetauscher zurückfließende heiße Flüssigkeit einem Speicher zuge-

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führt wird, aus dem in der Aufheizphase warmes Wasser für den Kessel und in der Abkühlphase kühles Wasser für den Kühler entnommen wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Heiz-Kühl-Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der ein Speicher sowohl in den Heizkreislauf, als auch in den Kühlkreislauf des Wärmetauschers schaltbar und wenigstens eine Pumpe vorgesehen ist.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind durch die DT-PS 1 013 062 bekannt geworden. Da man hier beim Wechsel von Kühlen auf Heizen einer abwechselnd gekühlten und geheizten Presse das in der Presse enthaltene kalte Wasser nicht in den Heizkreislauf gibt, sondern in einen anschaltbaren Speicher und hier solange gespeichert hält, bis die Presse wieder gekühlt wird, um das gekühlte gespeicherte Wasser in den Kühler zu schieben und beim Wechsel von Kühlen auf Heizen analog verfährt, kann ein Teil der Wärmeverluste ausgeschaltet werden, die bei Heiz-Kühl-Anlagen auftreten, bei denen jeweils nur zwischen Heizkreislauf und Kühlkreislauf umgeschaltet wird. Trotz dieser Verbesserung der Energiebilanz weist das bekannte Verfahren noch einen wesentlichen Mangel auf, der sich insbesondere dann bemerkbar macht, wenn im Hinblick auf einen wirtschaftlicheren Betrieb die Aufheiz- und Abkühlzeiten wesentlich verkürzt werden sollen. Beim Wechsel von Kühlen auf Heizen bzw. beim Wechsel von Heizen auf

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Kühlen entstehen dann so große Temperaturspannungen innerhalb des Wärmetauschers, also beispielsweise der Presse, daß es schnell zu Schaden innerhalb des Wärmetauschers also z. B. zu Rissen in den Pressenplatten kommen kann, die nur unter großem Kostenaufwand wieder zu beheben sind.

Schließlich kann bei dem bekannten Verfahren jeweils nur Wasser einer Temperatur bis zur Hälfte der Differenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur für den Wärmerückgewinn ausgenutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der einleitend genannten Art zu gewährleisten, daß der Wärmetauscher beim Wechsel von Kühlen auf Heizen bzw. von Heizen auf Kühlen, auch bei einer Verkürzung der Aufheizzeit und der Abkühlzeit oder bei einer Vergrößerung der Differenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur, keinen unzulässigen Temperaturspannungen ausgesetzt ist und andererseits der Wärmerückgewxnn noch weiter verbessert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Speicher bzw. in einem Speicher zwei Speicherabschnitte vorhanden sind, in die sowohl während der Aufheizphase als auch während der Abkühlphase Flüssigkeitsmengen unterschied-

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licher Temperatur aus dem Wärmetauscher gebracht werden, von denen dann beim Wechsel von Kühlen auf Heizen die Flüssigkeitsmenge des Speichers bzw. des Speicherabschnittes mit der niedrigsten Temperatur bzw. sich temperaturmäßig hieran nach oben anschliessende gespeicherte Flüssigkeitsmengen nacheinander in den Wärmetauscher zum Vorheizen desselben und beim Wechsel von Heizen auf Kühlen die Flüssigkeitsmenge des Speichers bzw. des Speicherabschnittes mit der höchsten Temperatur bzw. sich temperaturmässig hieran nach unten anschließende gespeicherte Flüssigkeitsmengen nacheinander in den Wärmetauscher zum Vorkühlen desselben gebracht werden.

Bei einem besonders vorteilhaften Verfahren sind ein erster und ein zweiter Speicher vorhanden und die Flüssigkeit wird beim Wechsel von Kühlen auf Heizen zwischen dem ersten Speicher und dem Wärmetauscher (Kreis I), dann über den Kessel zwischen dem zweiten Speicher und dem Wärmetauscher (Kreis II) und schließlich zwishen dem Kessel und dem Wärmetauscher (Kreis III) in Umlauf gebracht und es wird die Flüssigkeit beim Wechsel von Heizen auf Kühlen zwischen dem zweiten Speicher und dem Wärmetauscher (Kreis IV), dann über den Kühler zwischen dem ersten Speicher und dem Wärmetauscher (Kreis V) und schließlich zwischen dem Kühler und dem Wärmetauscher (Kreis VI) in Umlauf gebracht.

Vorzugsweise erfolgt das Umschalten von Kreis I auf Kreis II,

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wenn sich die Temperatur des Wassers am Austritt des Wärmetauschers um etwa ein Drittel der Differenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur erhöht hat, das Umschalten von Kreis II auf Kreis III, wenn die Flüssxgkeitsmenge des zweiten Speichers in den Kessel geschoben ist, das Umschalten von Kreis IV auf Kreis V, wenn die Flüssxgkeitsmenge des zweiten Speichers in den Wärmetauscher geschoben ist und das Umschalten von Kreis V auf Kreis VI, wenn die Flüssxgkeitsmenge des ersten Speichers in den Kühler geschoben ist. In letzterem Fall ist vorausgesetzt, daß sämtliche Speicher die gleiche Größe haben. Ihre Bemessung richtet sich nach der Förderleistung der Pumpe und nach dem Flüssigkeitsinhalt des Wärmetauschers einschließlich der Verbindungsleitungen zwischen dem Kessel bzw. dem Kühler und dem Wärmetauscher sowie zwischen dem Wärmetauscher und dem Speicher. In der Praxis hat sich eine Größe des Speichers bewährt, die etwa dem Dreifachen des Flüssigkeitsinhaltes des Wärmetauschers einschließlich der genannten Verbindungsleitungen entspricht.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird in der Aufheizphase nicht die gesamte für den Wärmerückgewinn ausnutzbare Flüssxgkeitsmenge, d. h. eine Flüssxgkeitsmenge bis zu Temperaturen die etwa der Mitte zwischen maximaler und minimaler Temperatur entsprechen in einem Speicher gesammelt, dessen Inhalt dann in der Kühlphase in den Kühler geschoben wird, sondern es wird in der Auf-

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heizphase eine Teilmenge in einen ersten Speicher, eine weitere Teilmenge in einen zweiten Speicher etc. gebracht, so daß gespeicherte Flüssigkeitsmengen verschiedener Temperatur zur Verfügung stehen, von denen in der Abkühlphase eine oder auch mehrere zum Vorkühlen verwendet werden. Analoge Verhältnisse gelten für den umgekehrten Prozeß. Sind zwei Speicher vorhanden, so wird beispielsweise bei einer maximalen Betriebstemperatur von 150 und bei einer minimalen Betriebstemperatur von 50° beim Aufheizen eine Teilmenge von beispielsweise 50° - 90° in den ersten Speicher gebracht und eine zweite Teilmenge von 90° .- 135° in den zweiten Speicher bevor vollständig auf den Heizkreislauf umgeschaltet wird. Die Teilmenge des zweiten Speichers, also von 90° - 135°, wird sodann beim Wechsel von Heizen auf Kühlen in der Abkühlphase zum Vorkühlen verwendet und die Teilmenge des ersten Speichers mit 50° - 90°, wie bei dem bekannten Verfahren, in den Kühler geschoben, bevor der normale Kühlkreislauf hergestellt wird. Da zu Beginn der Abkühlphase die heiße Presse nicht unmittelbar mit Flüssigkeit aus dem Kühler beliefert wird, sondern zunächst eine Vorkühlung vorgenommen wird, mit einer Flüssigkeit, deren Temperatur im Mittel nur um ein Drittel der Temperaturdifferenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur unterhalb des auf maximaler Temperatur befindlichen Wärmetauschers ist, treten keine übermäßigen Temperaturspannungen auf. Andererseits läßt sich auch noch eine Flüssigkeitsmenge dieses Tempera-

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turberefches für die Wärmerückgewinnung ausnutzen. Sieht man anstelle von zwei Speichern drei Speicher vor, so kann eine weitere Abstufung gemäß dem Prinzip der Erfindung vorgenommen werden.

Eine erfindungsgemäße Heiz-Kühl-Anlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Speicher vorhanden sind, von denen jeweils über die Pumpe der erste an den Wärmetauscher (Kreis I) an- oder in den Kühlkreis (Kreis V) einschaltbar und der zweite an den Wärmetauscher (Kreis IV) an- oder in den Heizkreis (Kreis II) einsehaltbar ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Heiz-Kühl-Anlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß bei nur einem Speicher dieser jeweils über die Pumpe an den Wärmetauscher (Kreis I) an- oder in den Heizkreis (Kreis II) einschaltbar und mit vertauschtem Ein- und Ausgang an den Wärmetauscher (Kreis IV) an- oder in den Kühlkreis (Kreis V) einschaltbar ist.

Um beim Ausschieben der Flüssigkeit aus einem Speicher ein Vermischen der aus dem Wärmetauscher kommenden Flüssigkeit mit der Flüssigkeit innerhalb des Speichers zu verhindern, ist es je nach Innendurchmesser des Speichers erforderlich, eine Einrich-

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tung zur Erzielung einer Kolbenströmung, wie eine Lochblende, vorzusehen.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von 6 Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Temperaturverlauf der Wassereintrittstemperatur und der Wasseraustrittstemperatur eines Wärmetauschers einer Heiz-Kühl-Anlage,

Fig. 2 schematisch eine Gegenüberstellung der Prozeßabläuf des bekannten Verfahrens gemäß der DT-PS 1 013 062 und einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Heiz-Kühl-Anlage mit zwei Speichern ,

Fig. ¹^ einen Teil dieser Anlage während verschiedener Verfahrensstufen,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Heiz-Kühl-Anlage mit einem Speicher,

Fig. 6 einen Teil dieser Anlage während verschiedener Verfahrensstufen.

Bei dem Temperaturdiagramm gemäß Fig. 1 des Wärmetauschers - im vorliegenden Fall einer Presse - einer Heiz-Kühl-Anlage stellt die Kurve 1 die Wassertemperatur an der Eintrittsstelle der

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Presse und die Kurve 2 die Wassertemperatur an der Austrittsstelle der Presse dar. Es ist zwischen drei Phasen unterschieden, nämlich zwischen einer Aufheizphase, in der die Presse von einer minimalen Temperatur von 50° auf eine maximale Temperatur von 150° aufgeheizt wird, einer Heizphase, in der die Presse auf dieser maximalen Temperatur gehalten wird und einer Abkühlphase, in der die Presse von dieser maximalen Temperatur wieder bis zur minimalen Temperatur abgekühlt wird.

Fig. 2 zeigt jeweils im Schema auf der linken Seite den Ablauf des bekannten Verfahrens und auf der rechten Seite den Verfahrensablauf bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Es bedeuten

H = Heizkessel

K = Kühler

P = Presse

S = Speicher

S. α erster Speicher

S„ = zweiter Speicher.

Mit ausgezogenen Linien sind Temperaturen in der Nähe der maximalen Temperatur, mit punktierten Linien Temperaturen in der Nähe der minimalen Temperatur und mit strichpunktierten Linien

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Temperaturen in einem mittleren Bereich zwischen Maximal- und Minimaltemperatur veranschaulicht.

Am linken Rand der Fig. 2 sind die Bereiche der verschiedenen Phasen dargestellt, wobei die Heizphase und die Kühlphase im Vergleich zur Aufheiz- und zur Abkühlphase selbstverständlich einen wesentlich größeren Raum einnehmen, als es in der Zeichnung zum Ausdruck gebracht ist.

Bei dem bekannten Verfahren wird beim Wechsel von Kühlen auf Heizen, d. h. am Beginn der Aufheizpfease, durch das heiße Wasser des Heizkessels H das kalte Wasser aus der Presse P in den Speicher S gedrückt und gleichzeitig dessen von der vorhergehenden Abkühlphase gespeichertes heißes Wasser in den Kessel geschoben. Dieser Vorgang wird höchstens solangejfortgesetzt, bis die Temperatur am Pressenaustritt die mittlere Temperatur zwischen maximaler und minimaler Temperatur erreicht hat, also bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 bis eine Temperatur von etwa 100° erreicht ist. Dann wird der Speicher wieder aus dem üblichen Heizkreislauf zwischen Heizkessel und Presse herausgenommen. Er ist mit kaltem Wasser gefüllt. Dieser Verfahrensschrift ist durch die zweite Zeile auf der linken Seite der Fig. 2 dargestellt. Die Presse wird in diesem Zustand bis auf die erforderliche Maximaltemperatur aufgeheizt und es bleibt auch dieser Zustand während

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der Heizphase erhalten. Beim Wechsel von Heizen auf Kühlen wird unter Einbeziehung des Speichers S auf den Kühlkreislauf umgeschaltet. Dieser Zustand ist in der dritten Zeile auf der linken Seite der Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird durch das kalte Wasser des Kühlers K das heiße Wasser aus der Presse P in den Speicher S gedrückt und gleichzeitig hierdurch das in der vorhergehenden Aufhexzphase in den Speicher S gebrachte kalte Wasser in den Kühler K weitergeschoben. Hat sich die Temperatur des Wassers am Pressenaustritt bis etwa auf die mittlere Temperatur zwischen der maximalen und der minimalen Temperatur erniedrigt, dann wird der Speicher S wieder aus dem Kühlkreislauf genommen und die weitere Abkühlung der Presse erfolgt im unmittelbaren Kühlkreislauf zwischen Presse und Kühler, wie er in Zeile k auf der linken Seite der Fig. 2 dargestellt ist. Der Speicher S ist mit heißem Wasser gefüllt.

Bei dem in Fig. 2 auf der rechten Seite dargestellten Ablauf eines Ausführungsbeispxels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nicht vier sondern sebhs Verfahrensstufen vorgesehen, die mit I bis VI bezeichnet sind. Anstelle eines Speichers S sind zwei Speicher Sl und S2 vorhanden, von denen der ersten Sl zum Vorheizen der Presse zu Beginn der Aufhexzphase und der zweite S2 zum Vorkühlen der Presse zu Beginn der Abkühlphase dient. Beim Wechsel von. Kühlen auf Heizen enthält der Speicher Sl Wasser

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einer mittleren Temperatur und der Speicher S2 Wasser einen hohen Temperatur. Die Speicher wurden in der vorhergehenden Abkühlphase entsprechend aufgeladen. Die verschiedenen Temperaturbereiche sind einerseits durch einen ausgezogenen Strich, der dem Speicher S2 zugeordnet ist und andererseits durch eine strichpunktierte Linie, die dem Speicher Sl zugeordnet ist, angedeutet. Zu Beginn der Aufheizphase wird nun entsprechend Verfahrensschritt I der diesem Verfahrensschritt zugeordnete Flüssigkeitskreis hergestellt. Es wird das Wasser aus dem Speicher 1 mit mittlerer Temperatur in die Presse P, die kaltes Wasser enthält, gedrückt und gleichzeitig das kalte Wasser der Presee in den Speicher Sl geschoben. Hierdurch wird die Presse P mittels Wasser einer mittleren Temperatur vorgewärmt und der Speicher Sl mit kaltem Wasser geladen. Das Volumen des Speichers Sl ist im vorliegenden Fall etwa dreimal so groß, wie das Volumen von Presse einschließlich Verbindungsleitungen, so daß bei dem im Schritt I dargestellten Umlauf ein Teil des aus dem Speicher Sl stammenden Wassers wieder in den Speicher zurückfließt, wobei es sich durch den Wärmeaustausch mit dem Pressenplatten abgekühlt hat. Der Verfahrensschritt I wird beendet, wenn die vordere Front des kalten Wassers aus der Presse P den Speicher Sl durchlaufen hat und am Austritt dieses Speichers angelangt ist, Die Pressenaustritt stemperatur soll sich dann etwa um ein Drittel der Differenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur erhöht haben.

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Die Verhältnisse sind auch in Fig. 1 angedeutet, in der die Säulen 3 und U den Temperaturbereich des Wassers in den Speichern Sl und S2 in den verschiedenen Phasen darstellen. Zu Beginn der Aufheizphase befindet sich bei dem dargestellten Beispiel im Speicher Sl Wasser des Temperaturbereichs zwischen 70° und 128 C und am Ende der Verfahrenestufe I liegt der Temperaturbereich des Wassers im Speicher Sl zwischen 52° und 88 C (vgl. 3» in Fig. 1).

Beim Verfahrensschritt II wird die bereits vorgewärmte Presse an den Heizkessel angeschaltet und mit dem heißen Wasser des Heizkessels H das Rücklaufwasser mittlerer Temperatur der Presse P in den Speicher S2 gedrückt, der von der vorhergehenden Abkühlphase heißes Wasser enthält. Dieses wiederum wird in den Kessel H geschoben. Die Speicher Sl und S2 haben gleiche Größe. Wenn das gesamte Wasser des Speichers S2 in den Kessel H geschoben ist, ist die Pressenaustrittstemperatur im vorliegenden Fall bis auf etwa 135° C angestiegen, so daß sich im Speicher S2 zu diesem Zeitpunkt Wasser des Temperaturbereichs von 88° bis 13 5° C befindet. Dies ist in Fig. 1 durch die Säule 4¹ dargestellt. Es wird nun der Speicher S2 wieder aus dem Heizkreislauf genommen und der zu Verfahrensschritt III in Fig. 2 dargestellte Kreis hergestellt. In diesem Zustand erfolgt die weitere Aufheizung der Presse bis zum Erreichen der maximalen Temperatur und dieser

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Zustand bleibt auch während der Heizphase der Presse erhalten, d. h. in der Phase, in der die Presse über einen vorgegebenen Zeitabschnitt hinweg auf maximaler Temperatur gehalten wird.

Beim Wechsel von Heizen auf Kühlen wird zu Beginn der Abkühlphase entsprechend Verfahrensschritt IV der Fig. 2 die Presse P mit dem Speicher S2 verbunden, der Wasser einer mittleren Tempe-ratur enthält und hierdurch die Presse auf eine mittlere Temperatur vorgekühlt. Der Speicher S2 nimmt hierbei das heiße Wasser der Presse auf. Hat die Heißfront des Wassers aus der Presse den Speicher S2 bis zu dessen Austritt durchlaufen, dann ist der Verfahrensschritt beendet. Der Speicher enthält im vorliegenden Fall Wasser eines Temperaturbereichs von 150 bis 128 C. Dieser Bereich ist durch die Temperatursäule H in Fig. 1 veranschaulicht.

Im Verfahrensschritt V der Abkühlphase wird die Pumpe unter Einbeziehung des Speichers Sl in den Kühlkreis geschaltet und hierbei mit dem kalten Wasser des Kühlers das Wasser mittlerer Temperatur aus der Presse P in den Speicher Sl gedrückt, dessen kaltes Wasser wiederum in den Kühler K geschoben wird. Wenn das gesamte kühle Wasser aus dem Speicher Sl in den Kühler ausgeschoben ist, enthält der Speicher Sl Wasser eines Temperaturbereichs von 128° bis 70° Cvgl. Temperatursäule 3 in Fig. 1), das in der Aufheizphase, wie oben beschrieben, zum Vorwärmen der Presse verwendet wird.

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Ein Vergleich des beschriebenen Verfahrens einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit dem bekannten Verfahren zeigt, daß nicht nur anstelle eines Speichers zwei Speicher vorhanden sind, sondern daß jeweils der eine Speicher zum Vorwärmen und der andere Speicher zum Vorkühlen der Presse verwendet wird, wodurch sich bei schnellem Aufheizen bzw. Abkühlen unzulässige Temperaturspannungen vermeiden lassen und andererseits für die Wärmerückgewinnung ein größerer Temperaturbereich ausnutzen läßt als bei dem bekannten Verfahren.

Werden mehr als zwei Speicher vorgesehen, dann läßt sich die Abstufung der Vorerwärmung und des Vorkühlens verfeinern. In diesem Fall ist beim Wechsel von Kühlen auf Heizen zunächst der Speicher mit der niedrigsten Temperatur, dann der Speicher mit der nächst höheren Temperatur etc. zum Vorheizen an die Presse anzuschalten. Der Inhalt des letzten Speichers wird in den Kessel geschoben. Beim Wechsel von Heizen auf Kühlen erfolgt die Vorkühlung ebenfalls schrittweise zunächst mit dem Speicher der höchsten Temperatur dann mit dem Speicher der nächst niedrigen Temperatur etc. und der Speicherinhalt mit der niedrigsten Temperatur wird in den Kühler geschoben,

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindung^mäßen Heiz-Kühl-Anlage zur Durchführung des in Fig. 2 auf der rechten Seite dargestellten Verfahrens.

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FATFiNTANWALTE BLUMBACH, WESER. BERGEN« KRAMER. 8 MÖNCHEN 6O FLOSSMANNSTR tr.

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Die Anlage enthält einen Heizkreislauf> der einen Heizkessel 5 - im vorliegenden Fall ist der Heißwasserspeicher eines Heizkreislaufs dargestellt-, eine Pumpe 8, eine Presse 7, ein Umstellventil 10, ein Dreiwegeregelventil 6 sowie die zugehörigen nicht näher bezeichneten Verbindungsleitungen umfaßt. Ferner ist ein Kühlkreislauf vorgesehen, der einen Speicher 9, die Pumpe 8, die Presse 7, ein Umstellventil 11 und die zugehörigen Verbindungsleitungen umfaßt. Ein erster Speicher 13 ist mittels Umstellventilen 14 und 15 und entsprechenden Verbindungsleitungen entweder mit der Presse 7 verbindbar oder in den Kühlkreislauf schaltbar und ein zweiter Speicher 12 mittels eines Umstellventils 16 sowie geeigneten Verbxndungsleitungen entweder mit der Presse 7 verbindbar oder in den Heizkreislauf schaltbar. Durch die Ventile lassen sich die in Fig. 2 auf der rechten Seite unter I bis VI dargesiellten Kreise wie folgt verwirklichen:

Tabelle

Ventil StufV^	6	10	11	14	15	16
I	a auf b zu	zu	zu	auf	zu	zu
II	a zu b auf	zu	zu	zu	zu	auf
III	a zu b auf	auf	zu	zu	zu	zu
IV	a auf b zu	zu	zu	zu	zu	auf
V	a auf b zu	zu	zu	zu	auf	zu
VI	a auf b zu	zu	auf	zu	zu	zu

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In der Tabelle sind die Schaltzustände der einzelnen Ventile bei den verschiedenen Verfahrensstufen I bis VI angegeben.

Fig. H zeigt in Ergänzung hierzu den die beiden Speicher 12 und 13 sowie die Ventile 14 und 15 und 16 umfassenden Teil des in Fig. 3 dargestellten Kreislaufes in den Verfahrensstufen I bis VI, wobei jeweils die Temperaturbereiche der in den Speichern enthaltenen Wassermengen angegeben sind.

Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Speicher vorgesehen. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren mit nur einem einzigen Speicher zu realisieren, wenn dieser zwei Abschnitte bzw. Bereiche enthält, in denen Wassermengen unterschiedlicher Temperatur vorhanden sind, die jeweils in die Presse, in den Kessel oder in den Kühler geschoben werden. Dies wird anhand der Fig. 5 und 6 im folgenden noch näher erläutert. Die in Fig. 5 dargestellte Heiz-Kühl-Anlage weist einen ähnlichen Aufbau wie die Anlage gemäß Fig. 3 auf. Einander entsprechende Teile sind mit um die Zahl 100 vergrößerten Bezugszeichen versehen. Anstelle zweier Speicher ist nur ein einziger Speicher 113 vorgesehen, der gedanklich in zwei Speicherabschnitte Sl¹ und S2' unterteilt ist, Es ist zusätzlich ein Dreiwegeregelventil 117 vorhanden.

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Fig. 6 stellt analog zu Fig. 4 die sechs Verfahrensstufen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Anlage nach Fig. 5 dar. Wie bei Fig. 4 sind geschlossene Ventile durch schwarze Doppelpfeile und geöffnete Ventile durch helle Doppelpfeile markiert. Außerdem sind die Temperaturbereiche der entsprechenden Flüssigkeitsmengen eingetragen.

Wie Fig. 6 erkennen läßt, werden durch geeignete Steuerung der Ventile die folgenden sechs Verfahrensschritte abgewickelt.

I: Die in der linken Hälfte des Speichers 113 gespeicherte Flüssigkeitsmenge einer mittleren Temperatur wird zur Vorwärmung der Presse 107 in diese gebracht und gleichzeitig mr&tiem kalten Wasser der Presse die in der rechten Hälfte des Speichers 113 befindliche Flüssigkeitsmenge einer heißen Temperatur in die linke Hälfte des Speichers geschoben.

II: Die Flüssigkeitsmenge hoher Temperatur der linken Hälfte des Speichers 113 wird in den Kessel 105 geschoben und mit dem heissen Wasser des Kessels 105 das Wasser mittlerer Temperatur der Presse in den Speicher 113 gedrückt, wodurch die Wassermenge kalter Temperatur von der rechten Hälfte des Speichers zur¹ linken Hälfte des Speichers geschoben wird.

III: Es wird unter Ausschluß des Speichers das Wasser unmittelbar im Heizkreislauf zwischen Kessel 105 und Presse 107 umgewälzt.

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IV: Die Flüssigkeitsmenge mittlerer Temperatur in der rechten Hälfte des Speichers 113 wird zum Vorkühlen der Presse 107 in diese gebracht und gleichzeitig mit dem heißen Wasser der Presse die in der linken Hälfte des Speichers 113 vorhandene Flüssigkeitsmenge kalter Temperatur in die rechte Hälfte des Speichers geschoben.

V: Die Flüssigkeitsmenge kalter Temperatur in der rechten Hälfte des Speichers 113 wird in den Kühler 109 geleitet und mit dem kalten Wasser aus dem Kühler das Wasser mittlerer Temperatur der Presse 107 der linken Seite des Speichers 113 zugeführt. Hierdurch wird mit dem Wasser mittlerer Temperatur die in der linken Hälfte des Speichers 113 vorhandene Wassermenge hoher Temperatur in die rechte Hälfte des Speichers geschoben.

VI: Es wird unter Ausschluß des Speichers unmittelbar zwischen Kühler 109 und Presse 107 das kalte Wasser in Umlauf gebracht.

In den Ausführungsbeispielen ist als Flüssigkeit lediglich Wasser erwähnt. Selbstverständlich können auch andere Flüssigkeiten, wie öl, als Wärmeträger Verwendung finden. Wenn von Speicherabschnitten gesprochen wurde, so heißt dies nicht, daß räumlich getrennte Abschnitte vorliegen müssen, sondern es können die gedachten Abschnitte bzw. Bereiche eines einzigen Behälters sein. Bei Mehrspeicheranlagen sollen die einzelnen Speicher nur vom

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Wasser zweier einseitig benachbarter Temperaturbereiche durch strömt werden, nämlich entweder Wasser mittlerer und heißer Temperatur oder Wasser mittlerer und kalter Temperatur.

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Claims

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Patentanspr ü c h e

1.j Verfahren zum abwechselnden Heizen und Kühlen eines Wärmetauschers, wie einer Presse oder eines Reaktionsbehälters, einer Heiz-Kühl-Anlage mit Wärmerückgewinnung, bei dem in der Aufheizphase die von dem Wärmetauscher zurückfließende kühle und in der Abkühlphase die von dem Wärmetauscher zurückfliessende heiße Flüssigkeit einem Speicher zugeführt wird, aus dem in der Aufheizphase warmes Wasser für den Kessel und in der Abkühlphase kühles Wasser für den Kühler entnommen wird, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei Speicher (Sl, S2) bzw. in einem Speicher zwei Speicherabschnitte vorhanden sind, in die sowohl während der Aufheizphase, als auch während der Abkühlphase Flüssigkeitsmengen unterschiedlicher Temperatur aus dem Wärmetauscher (P) gebracht werden, von denen dann beim Wechsel von Kühlen auf Heizen die Flüssigkeitsmenge des Speichers (Sl) bzw, des Speicherabschnittes mit der niedrigsten Temperatur bzw. sich temperaturmäßig sich hieran nach oben anschließende gespeicherte Flüssigkeitsmengen nacheinander in den Wärmetauscher (P) zum Vorheizen desselben und beim Wechsel von Heizen auf Kühlen

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die Flüssigkeitsmenge des Speichers (S2) bzw. des Speicherabschnittes mit der höchsten Temperatur bzw. sich temperaturmäßig hieran nach unten anschließende gespeicherte Flüssigkeitsmengen nacheinander in den Wärmetauscher (P) zum Vorkühlen desselben gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Speicher (Sl bzw. S2) vorhanden sind, daß die Flüssigkeit beim Wechsel von Kühlen auf Heizen zwischen dem ersten Speicher (Sl) und dem Wärmetauscher (P, Kreis I), dann über den Kessel (H) zwischen dem zweiten Speicher (S2) und dem Wärmetauscher (P, Kreis II) und schließlich zwischen dem Kessel (H) und dem Wärmetauscher (P, Kreis III) in Umlauf gebracht wird, und daß die Flüssigkeit beim Wechsel von Heizen auf Kühlen zwischen dem zweiten Speicher (S2) und dem Wärmetauscher (P, Kreis IV), dann über den Kühler (K) zwischen dem ersten Speicher und dem Wärmetauscher (P, Kreis V) und schließlich zwischen dem Kühler (K) und dem Wärmetauscher (P, Kreis VI) in Umlauf gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Speicher (113) mit einem ersten und einem zweiten Spexcherabschnxtt (Sl', S2') die Flüssigkeit beim Wechsel von Kühlen auf Heizen

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I im Kreis erster Speicherabschnitt (Sl') - Wärmetauscher (107) - zweiter. Speicherabschnitt (S2^f) - erster Speicherabschnitt (Si!.) , dann

II im Kreis erster Sρeicherabschnitt (Sl') - Kessel (105) Wärmetauscher (107) - zweiter Speicherabschnitt (S2¹) - erster Speicherabschnitt (Sl') und schließlich

III im Kreis Kessel (105) - Wärmetauscher (107) - Kessel (105) in Umlauf gebracht wird und daß die Flüssigkeit beim Wechsel von Heizen auf Kühlen

IV im Kreis zweiter Speicherabschnitt (S2¹) - Wärmetauscher (107) - erster Speicherabschnitt (Sl') - zweiter Speicherabschnitt (S2'), dann

V im Kreis zweiter Speicherabschnitt (S2¹) - Kühler (109) Wärmetauscher (107) - erster Speicherabschnitt (Sl') - zweiter Speicherabschnitt (S2¹) und schließlich

VI im Kreis Kühler (109) - Wärmetauscher (107) - Kühler (109) in Umlauf gebracht wird.

Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Umschalten von Kreis I auf Kreis II erfolgt, wenn sich die Temperatur der Flüssigkeit am Austritt des Wärmetauschers (P) um etwa ein Drittel der Differenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur erhöht hat, das Umschalten von Kreis II auf Kreis III, wenn die Flüssig-

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keitsmenge des zweiten Speichers bzw. des ersten Speicherabschnittes (S2 bzw. Sl¹) in den Kessel (H) geschoben ist, das Umschalten von Kreis IV auf Kreis V, wenn die Flüssigkeitsmenge des zweiten Speichers bzw. des zweiten Speicherabschnittes CS2 bzw. S2¹) in den Wärmetauscher (P) geschoben ist und das Umschalten von Kreis V auf Kreis VI, wenn die Flüssigkeit smenge des ersten Speichers bzw. des zweiten Speicherabschnitts (Sl bzw. S2¹) in den Kühler (K) geschoben ist.

5. Heiz-Kühl-Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche^ oder ¹I-, bei der ein Speicher sowohl in den Heizkreislauf als auch in den Kühlkreislauf des Wärmetauschers schaltbar und wenigstens eine Pumpe sowie Ventile vorgesehen sind, dadurch gekenn zeichnet , daß ein erster und. ein zweiter Speicher (12 bzw. 13) vorhanden sind, von denen jeweils über die Pumpe (8) der erste an den Wärmetauscher (7, Kreis I) an-, oder in den Kühlkreis (Kreis V) einschaltbar und der zweite an den Wärmetauscher (7, Kreis IV) an- oder in den Heizkreis (Kreis II) .einschaltbar ist.

6. Heiz-Kühl-Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, bei der ein Speicher sowohl in den Heizkreislauf als auch in den Kühlkreislauf des Wärmetauschers schaltbar und wenigstens eine Pumpe sowie Ventile vorgesehen

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sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (113) jeweils über die Pumpe (108) an den Wärmetauscher (107, Kreis I) an- oder in den Heizkreis (Kreis II) einschaltbar und mit vertauschtem Ein- und Ausgang an dem Wärmetauscher (107, Kreis IV) an- oder in den Kühlkreis (Kreis V) einschaltbar ist.

7. Heiz-Kühl-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Speicher (12, 13) jeweils etwa das dreifache Fassungsvermögen des Flüssigkeitsinhalts des Wärmetauschers (7) einschließlich der Verbxndungsleitungen zwischen Kessel (5) bzw. Kühler (9) und Wärmetauscher sowie zwischen Wärmetauscher und Speicher haben*

8. Heiz-Kühl-Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpe (8, 108) in einem dem Heizkreis und dem Kühlkreis gemeinsamen Zweig, in dem sich der Wärmetauscher (7, 107) befindet, vorgesehen ist und mittels eines Dreiwegeregelventils (6, 106), die durch Umstellventile ClU, 16, 112, 114) verschließbaren Ausgänge der Speicher (12, 13, 113) wahlweise unmittelbar oder über dem Kessel (5, 105) unter Einbeziehung der Pumpe (8, 108) mit dem gemeinsamen Zweig verbindbar sind.

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9. Heiz-Kühl-Anlage nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des ersten Speichers (13) über ein Umstellventil (15) mit dem Eingang des Kühlers (9) verbindbar ist.

10. Heiz-Kühl-Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Speicher (12, 13, 113) an der Eintrittseite der Flüssigkeit eine Einrichtung zur Erzielung einer Kolbenströmung enthalten.

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