DE2532978C3

DE2532978C3 - Wärmeübertragungsanlage

Info

Publication number: DE2532978C3
Application number: DE2532978A
Authority: DE
Inventors: Hans Pratteln Hucke (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-23
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1978-04-06
Also published as: FR2319097A1; US4129178A; DE2532978A1; GB1552941A; JPS611656B2; JPS5214951A; DE2532978B2; FR2319097B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsanlage mit einem Wärmeerzeuger und mit einer Tauchpumpe zum Zwangumlauf des flüssigen Wärmeträgers unter definierten Strömungsverhältnissen über einen an die Anlage ausschließbaren Wärmeverbraucher sowie mit einem zugleich das Sammelgefäß für den Wärmeträger und das Ausdehnungsgefäß der Anlage bildenden gemeinsamen Gefäß, in dem die Tauchpumpe angeordnet ist.

Durch die DE-AS 15 01468 ist ein Bad- bzw. Umwälzthermostat mit Wärmeerzeuger bekannt, welcher zum Erhitzen der Flüssigkeit eines Flüssigkeitsbades dient und von Fall zu Fail auf unterschiedliche Badgefäße aufsetzbar bzw. in diese einsetzbar ist und mittels welchem das Flüssigkeitsbad auf einer konstanten Temperatur gehalten werden soll, ohne daß eine örtliche Überhitzung der Badflüssigkeit eintritt. Der bekannte Thermostat besitzt zwar eine Umwälzpumpe, mittels welcher die als Wärmeträger anzusehene Flüssigkeit des Bades unter definierten Strömungsverhältnissen über den Wärmeerzeuger geführt wird. Der

Thermostat arbeitet aber nicht mit einem Wärmeträger, der im Sinne einer Wärmeübertragungsanlage über einen von dem Wärmeerzeuger örtlich getrennten Wärmeverbraucher unter definierten Strömungsverhältnissen transportiert, d. h. umgepumpt wird, sondern mit einer als Wärmeträger anzusehenden Flüssigkeit, die innerhalb eines sie aufnehmenden Badgefäßes zur zufallsbedingten Mischung aus verschieden temperierten Flüssigkeitsbereichen und zur Erhaltung einer konstanten Badtemperatur durch die genannte Pumpe umgewälzt wird. Schließlich ist dem bekannten Thermostat bzw. dem durch ihn zu behandelnden Flüssigkeilsbad ein Ausdehnungsgefäß und ein Sammelgefäß — wie sie bei Wärmeübertragungsanlagen erforderlich sind — nicht zugeordnet.

Durch die DE-AS 11 10 667 ist eine Wärmeübertragungsanlage der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser bekannten Anlage ist der einen Brenner mit Brennkammer aufweisende Wärmeerzeuger außerhalb des gemeinsamen Gefäßes angeordnet, was eine Vielzahl von Verbindungsflanschen mit Dichtungen erforderlich macht, die Anlaß zur Bildung von Leckstellen geben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragungsanlage der eingangs angegebenen Art derart auszubikien, daß sie erheblich weniger Verbindungsflansche und Dichtungen erfordert und in einfacher Weise so herstellbar ist, daß die Bildung von Leckstellen weitgehend vermieden ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß innerhalb des gemeinsamen Gefäßes im unmittelbaren Anschluß an den Druckstutzen der Tauchpumpe ein eine erhebliche Länge aufweisender Abschnitt der zum Wärmeverbraucher führenden Vorlaufleitung angeordnet ist und im Bereich dieses Vorlaufabschnittes innerhalb des gemeinsamen Gefäßes auch der Wärnieerzeuger, wobei im Leitungsstrang des Wärmeträgers nur eine lösbare Verbindungsstelle vorgesehen ist, die zwischen Tauchpumpe und Vorlaufabschnitt angeordnet ist. Die Tauchpumpe kann dabei durch eine Umwälzpumpe und der Wärmeträger durch Wärmeträger-Öl oder eine andere pumpbare Substanz gebildet sein. Weiterhin kann das gemeinsame Gefäß zugleich ein Entgasungsgefäß der Anlage bilden.

Bei der Anlage nach der Erfindung können die in dem gemeinsamen Gefäß angeordneten Bestandteile, d. h. der Wärmeerzeuger und die Tauchpumpe sowie gegebenenfalls ein Kühlersystem, als vorher zusammengebaute Einheit mit nur einer zwischen der Pumpe und dem Wärmeerzeuger angeordneten, durch Verbindungsflansche gebildeten Verbindungsstelle in das gemeinsame Gefäß eingesetzt sein. Weiterhin besteht der Vorteil, daß wesentliche Bestandteile der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsanlagc in transportabler Ausführung in zu temperierende Medien eingetaucht werden können, um z. B. nur eine Heizanlage oder auch eine Heiz-Kühl-Anlage mit Zwangumlauf und definierten bzw. geregelten Strömungsverhältnissen zu bilden. Insbesondere kann eine solche transportable Einheit in das zur Aufnahme des Wärmcträgers dienende Sammelgefäß einer bestehenden, veralteten »Tauchsieder«-Anlage eingesetzt werden, um diese Anlage hierdurch unter Weiterverwendung des Gefäßes als gemeinsames Gefäß auf den neuesten Stand der Sicherheitstechnik zu bringen. Hierbei ist einerseits der wesentliche Nachteil einer »Tauchsiederheizung«, nämlich die infolge Undefinierter Slrömungsvcrhältnisse bestehende Gefahr der thermi-

sehen Zersetzung eines aus öl bestehenden Wärmeträgermediums vermieden und bei dieser Ausführungsform ebenso wie bei allen anderen Ausführungsformen der Erfindung eine wesentliche Vereinfachung im Aufbau der Anlage erreicht, bei der u. a. auch bei der Ausbildung der Anlage als kombinierte Heiz-Kühl-Anlage die Flanschverbindungen auf zwei Flansche reduziert sind.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn bei Ausbildung als kombinierte Heiz-Kühl-Einrichtung mit zusätzlichem Kühlersystem in dem gemeinsamen Gefäß auch das Kühlersystem angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine einfach ausgebildete, an sich bekannte kombinierte Hciz-Kühl-Anlage mit Zwangumlauf des Wärmeirägers unter definierten Strömungsverhältnissen geschaffen, die jedorh im Vergleich zu den bekannten Anlagen dieser Art ebenfalls die vorgenannten Vorteile hat. Darüber hinaus ist ein besonderer Kühlerbehälter nicht mehr notwendig. Vielmehr kann bei der Anlage nach der Erfindung, wenn bei dieser der Wärmeerzeuger zur Durchführung des Wärmeträgers eine Rohrschlange, insbesondere eine solche mit mehreren auf eine erhebliche Länge parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitten aufweist, das Kühlersystem zur Durchführung eines Kühlmittels mit diese Rohrabschnitte umgebenden, rohrförmigen Kühlmänteln versehen sein. Der für die Abführung exothermer Wärme bisher übliche Kühler ist dabei durch einen geringen Aufwand erfordernde Rohre ersetzt.

Durch Anordnung weiterer Temperiermäntel im Wärmeerzeugerbereich kann die Anlage nach der Erfindung als Wärmetauscher mit Zwangsförderung unter definierten Strömungsverhältnissen variierbar, sowohl nur im Heiz- als auch nur im Kühlbereich, aber auch in beiden Bereichen kombiniert, verwendet werden. Bei Anordnung von die Rohrabschnitte des Wärmeerzeugers umgebenden rohrförmigen Kühlmänteln besieht ferner ein weiterer Vorteil in der gegebenen Möglichkeit der Temperierung nicht nur über elektrische Heizelemente, die in vorzugsweise stabförmiger Ausführung in die geraden Rohrabschnitt des Wärmeerzeugers unter Belassung eines freien Durchströmquerschnittes eingesetzt sein können, sondern durch die Einleitung von z. B. Dampf in die Kühlmäntel. Hierdurch kann das in dem gemeinsamen Gefäß befindliche Medium vortemperiert und beim Durchströmen der Rohrabschnitte des Wärmeerzeugers in einer zweiten Stufe mittels der elektrischen Heizelemente höher temperiert werden.

In gleicher Weise besteht der Vorteil in der Möglichkeit der Tiefkühlung durch Einsatz von Kühlmittel, das über die Kühltaschen eingeleitet wird.

Nachstehend isi ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben, in der als einzige Figur ein senkrechter Schnitt durch die Anlage in schematischer Darstellung gezeigt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wärmeübertragungsanlage nach der Erfindung in einem ansehlußfertigen, schrankartigen Gehäuse 8 angeordnet, das ringsum geschlossen und mit einer Isolierung 5 versehen ist. Die Anlage selbst ist, wie an sich bekannt, als kombinierte Heiz-Kühl-Einrichtung mit Zwangsumlauf des Wärmeträgers, vorzugsweise Wärmeträgeröl, unter definierten Strömungsverhältnissen ausgebildet. Sie weif! hierzu eine Umwälzpumpe 1 sowie einen Wärmeerzeuger 3, 6 und ein Kühlersystem auf.

Im Gegensatz zu bekannten Anlagen bzw. Einrichtungen dieser Art sind diese Systeme mit der Umwälzpumpe gemäß der Erfindung in einem gemeinsamen Gefäß 4 angeordnet, das zugleich das Ausdehnungsgefäß und das Sammelgefäß für den Wärmeträger W bildet und mit einem Einlaßstutzen 9 für diesen Wärmeträger versehen ist. Der Wärmeerzeuger 3,6 umfaßt einen mit der Umwälzpumpe 1 verbundenen, eine erhebliche Länge aufweisenden Abschnitt 6 der zum Wärmeverbraucher führenden Vorlaufleitung in Form einer Rohrschlange, die mit mehreren, jeweils parallel zueinander verlaufenden geraden Rohrabschnitten 6' versehen ist, deren jeweilige Länge etwa der Höhe des gemeinsamen Gefäßes 4 entspricht. Der Abschnitt 6 taucht ebenso wie die Umwälzpumpe 1 mit dem unteren Teil, wie bei einer »Tauchsiederheizung« in das Wärmeträgermedium W ein und ist durch nur eine Verbindungsstelle 7 in Form einer Flanschverbindung mit der Umwälzpumpe t verbunden. In die geraden Rohrabschnitte 6' sind bei der darstellten Ausführungsform elektrische Heizelemente 2 in Stabform unter Belassung eines freien Durchströmquerschnittes von oben her eingesetzt. Das der Umwälzpumpe 1 abgewendete Ende des Abschnittes 6 ist mit einem Auslaßsuitzen 10 versehen, der ebenso wie der Einlaßstutzen 9 des gemeinsamen Gefäßes 4 mit dem nicht dargestellten Wärmeverbraucher verbunden ist.

Zur Bildung des Kühlersystems 2, 11, 12 sind die geraden Rohrabschnitte 6' des Wärmeerzeugers jeweils in einigem radialem Abstand von rohrförmigen Kühlmänteln 2' umgeben, die an ihren oberen und unteren Enden jeweils durch quer verlaufende Rohrstiicke 2" miteinander verbunden sind. Außerdem sind für das Kühlersystem ein Kühlmitteleinlaß 11 und ein Kühlmittelauslaß 12 angeordnet.

Die dargestellte Anlage kann sowohl als Heizungsanlage allein als auch nur als Kühlanlage, ferner als kombinierte Heizungs- und Kühlanlage und noch in anderer Weise verwendet bzw. betrieben werden.

Beim Betrieb als Heizungsanlage wird der den Abschnitt 6 des Wärmeerzeugers zwangsläufig und unter bestimmten, geregelten Strömungsverhältnissen in Richtung der Pfeile 9', 10' durchströmende Wärmeträger W, der von der Umwälzpumpe 1 aus dem gemeinsamen Gefäß 4 aufgenommen und dem Abschnitt 6 zugeführt wird, auf Solltemperatur aufgeheizt und über den Auslaßstutzen 10 dem Wärmeverbraucher zugeführt, über den es im Kreislauf wieder in das gemeinsame Gefäß 4 und zur Umwälzpumpe 1 und dem Wärmeerzeuger gelangt usw.

Wenn die Anlage nur zur Kühlung verwendet werden soll, so wird über den Kühlmitteleinlaß 11 Kühlmittel zi'gef.'ihrt und in Richtung der Pfeile 11', 12' durch die Kühlmäntel 2' hindurchgeführt, bis die Solltemperatur erreicht ist.

Beim Betrieb der Anlage als kombinierte Heiz-Kühl-Anlage wird der Wärmeträger in Richtung der Pfeile 9', 10' im Kreislauf über den Wänneerzeuger 3, 6, 9, 10 geführt und ein Kühlmittel in Richtung der Pfeile 1Γ, 12', d. h. im üegenstr om zu dem Wärmeträger durch die Kühlmäntel 2' geführt. Die Sollwert-Temperatur wird dabei über einen Regler für die Heizelemente 3 im Gleichgewicht gehalten, und es wird unter Verwendung des Kühlmittels exo^erme Wärme über die Kühlmäntel 2' abgeführt.

Bei Verwendung der Anlage als Heizanlage mit zwei Stufen wird zur Erhitzung in der ersten Stufe ein Heizmedium, z. B. Heißwasser oder Damof durch die

den Abschnitt 6 des Wärmeerzeugers umgebenden Kühlmantel 2' hindurchgeführt, so daß der Wärmeträger vorerhitzt und dann beim Durchströmen des Abschnittes β durch die Heizelemente 3 mil elektrischer Energie weiter aufgeheizt wird.

Die Anlage nach der Erfindung kann weiter auch als kontinuierlicher Wärmeaustauscher verwendet und beirieben werden. Hier/u wird dem im Sammelgefäü 4 befindlichen und diesem kontinuierlich zugeführten pumpbaren Medium W, das kontinuierlich weitcrgc pumpt wird, entweder durch Einleitung von Kühlmittel in die Kühlmäntel 2' Wärme entzogen oder Wärme zugeführt, indem durch die Kühlmäntel Heißwasser oder Dampf hindurchgelcitet oder die Kühlmäntel durch die elektrischen Heizelemente 3 erhitzt werden. Auf diese Weise kann die Anlage nach der Erfindung auch als Tempener-Aggregat für llüssigc Stoffe aller Art verwendet werden, die jeweils in dem gemeinsamen Gefäß 4 erhitzt und/oder gekühlt werden können. Nach Beendigung eines Temperiervorganges kann der flüssi ge Stoff abgepumpt oder zur Durchführung einer diskontinuierlichen Temperierung weitergepumpt wer den.

Weiterhin ist es möglich, die dargestellte Anlüge nach der Erfindung auch als Eintauch-Temperier und Pumpenaggregat für Rühr- oder Mischbehälter zu verwenden, wenn das gemeinsame Cicfäß durch einen solchen Behälter gebildet wird. Auch kann /.. H. einer in dem gemeinsamen Cicfäß befindlichen zu schmelzenden Masse, wie vorstehend beschrieben. Wärme zugeführt und die geschmolzene Masse in verflüssigtem Zustand unter definierten Strömungsverhältnisscn wciier befördert werden. Hierzu braucht nur die Umwälzpumpe I und die Rohrschlange des Erhit/ersystcms als z. B. in eine körnige oder pulvcrförmigc Masse cintauchbares Einlauchaggrcgat ausgebildet zu sein.

I erner besteht die Möglichkeit, die dargestellte Anlage mit oder ohne Kühlersystem als l'ump-Teinpenerzwischenstation für zu temperierende Medien zu verwenden. Das über die Ein und AtislaUsliitzen 9, IO durch das gemeinsame Gefäß 4 geleitete Medium wird dabei in der angegebenen Weise temperiert und mit vorgegebener Temperatur weitergepumpt.

Auch kann ein in dem gemeinsamen Gefäß 4 befindliches Medium durch Erhitzen mittels des Wärmeerzeugers 3, 6, 9, IO in die dampfförmige Phase übergeleitet und die Anlage nach der Erfindung in dieser Weise als Dampferzeuger dienen. In ähnlicher Weise kann die Anlage als Warmwasser- und HeiBwasserer zeuger und schließlich auch als Speicherwärme-Erzeuger Verwendung finden, wenn die erzeugte Wärme ar einen Wärmespeicher abgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeübertragungsanlage mit einem Wärmeerzeuger und mit einer Tauchpumpe zum Zwangumlauf des flüssigen Wärmeträgers unter definierten Strömungsverhältnissen über einen an die Anlage anschließbaren Wärmeverbraucher sowie mit einem zugleich das Sammelgefäß für den Wärmeträger und das Ausdehnungsgefäß der Anlage bildenden gemeinsamen Gefäß, in dem die Tauchpumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des gemeinsamen Gefäßes (4) im unmittelbaren Anschluß an den Druckstutzen der Tauchpumpe (1) ein eine erhebliche Länge aufweisender Abschnitt (6) der zum Wärmeverbraucher führenden Vorlaufleitung angeordnet ist und im Bereich dieses Vorlaufabschnittes innerhalb des gemeinsamen Gefäßes auch der Wärmeerzeuger (3), wobei im Leitungsstrang des Wärmeträgers nur eine lösbare Verbindungsstelle (7) vorgesehen ist, die zwischen Tauchpumpe und Vorlaufabschnitt (6) angeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1 als kombinierte Heiz-Kühlanlage mit einem zusätzlichen Kühlersystem, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gemeinsamen Gefäß (4) auch das Kührersystem (2, U, 12) angeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch I oder 2, bei der der Wärmeerzeuger zum Durchleiten des Wärmeträgers mehrere über eine erhebliche Länge zueinander parallel verlaufende gerade Rohrabschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeuger (3, 6, 9, 10) mit elokfrischen Heizelementen (3) in Form von Stäben versehe: ist, die jeweils in den parallelen Rohrabschnitten (6') unter Belassung eines freien Durchströmquerschnittes eingesetzt sind.

4. Anlage nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlersystem (2, 11, 12) zum Durchleiten eines Kühlmittels rohrförmige Kühlmämel (2') aufweist, welche die parallel zueinander verlaufenden geraden Rohrabschnitt (6') umgeben.