DE2637482A1 - Vertical, insulated double jacket heat exchanger - has feed connections branching from feed line into double jacket space - Google Patents
Vertical, insulated double jacket heat exchanger - has feed connections branching from feed line into double jacket spaceInfo
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Abstract
Description
Essen, den 19. August 1976 PZ 3050Essen, August 19, 1976 PZ 3050
Patentanmeldung:Patent application:
Stehender, isolierter DoppelmantelwärmetauscherVertical, insulated double jacket heat exchanger
Anmelder: Thyssen Industrie AG, EssenApplicant: Thyssen Industrie AG, Essen
Die Erfindung betrifft einen stehenden, isolierten Doppelmantelwärmetauscher für ein Heizmittel und warmes Speicherwasser mit Temperaturschichtung, einem unteren Speicherwasserzulauf und einem oberen Ablauf. Bekannt sind Wärmetauscher, bei denen der Wärmeaustausch zwischen dem Heizungsmittel und dem Speicherwasser möglichst im Gegenstromverfahren erfolgt, wobei der Heizmitteleintritt nicht veränderlich ist. Durch das Gegenstromverfahren wird erreicht, daß das Heizmittel im heißesten Zustand mit dem bereits aufgeheizten Speicherwasser seine Temperatur ausgleicht und in etwas abgekühltem Zustand die Wärme mit dem noch kälteren Speicherwasser austauscht. Dieser gleichmäßige Austausch über die gesamte Wärmetauscherfltche funktioniert dann nicht mehr, wenn die Temperatur des Heizmittels annähernd gleich der Maximaltemperatur des Speicherwassers geworden ist oder durch Schwankungen der Temperatur des zur Verfügung stehenden Heizmittels sogar darunter liegt. In letzterem Falle kann es durch Wärmeentzug aus den obersten Schichten des Speicherwassers sogar zu einer Störung der natürlichen Temperaturschichtung kommen. Es ist auch bekannt, Speicherwasser mit Heizbündeln oder Heizeinsätzen aufzuheizen, die von der Temperatur des Speicherwassers gesteuert werden.The invention relates to an upright, insulated double-jacket heat exchanger for a heating medium and warm storage water with temperature stratification, a lower storage water inlet and an upper drain. Heat exchangers are known in which the heat exchange between the heating means and the storage water is as possible in a countercurrent process takes place, the heating medium inlet being unchangeable. The countercurrent process achieves that the heating medium in the hottest state equals its temperature with the already heated storage water and in a slightly cooled state exchanges the heat with the even colder storage water. This even Exchange over the entire heat exchanger surface works then no longer if the temperature of the heating medium is approximately equal to the maximum temperature of the storage water has become or is even lower due to fluctuations in the temperature of the available heating medium. In the latter case, heat extraction from the uppermost layers of the storage water can even lead to a Disturbance of the natural temperature stratification. It is also known to heat storage water with heating bundles or heating inserts that depend on the temperature of the Storage water can be controlled.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik wird die Aufgabe der Erfindung darin gesehen, einen stehenden, isolierten Doppelmantelwärmetauscher für ein Heizmittel und warmes Speicherwasser mit Temperaturschichtung, einem unteren Speicherwasserzulauf und einem oberen Ablauf so auszubilden, daß auch bei unterschiedlichen Temperaturen des Heizmittels und des Speicherwassers die Aufheizung optimal und ohne Störung der natürlichen Temperaturschichtung des Speicherwassers erfolgen kann.Based on this prior art, the object of the invention is seen to be a standing, isolated Double jacket heat exchanger for a heating medium and hot storage water with temperature stratification, a lower one To train storage water inlet and an upper outlet so that even at different temperatures of the heating medium and the storage water heating up optimally and without disturbing the natural temperature stratification of the storage water can be done.
Diese Aufgabe wird bei einem Doppelmantelwärmetauscher der obigen Gattung gelöst durch eine Mehrzahl von von einer Zuführungsleitung abzweigenden Zuführungsstutzen in den Doppelmantelraum mit Ventilen für das Heizmittel in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers, durch einen unten liegenden Heizmittelabführungsstutzen, durch in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers in dessen Speicherwasserraum ragende Temperaturfühler und durch einen Temperaturfühler in der Zuführungsleitung für das Heizmittel. Bei diesem Wärmetauscher kann durch einen Vergleich der Temperatur des Heizmittels in der Zuführungsleitung mit den Temperaturen des Speicherwassers in den verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers das Heizmittel in den höchsten Zuführungsstutzen zugeführt werden, in dessen Höhenlage die Temperatur des Heizmittels noch höher oder wenigstens genauso hoch ist, wie die Temperatur des Speicherwassers. Dazu werden das betreffende Ventil zu dem Stutzen geöffnet und die Ventile zu den übrigen Stutzen geschlossen. Das Heizmittel strömt dann durch diesen Stutzen ein, von da aus durch den Doppelmantelraum nach unten, wobei es seine Wärme unter Abkühlung an jeweils kältere Anteile des Speicherwassers abgibt. Dadurch, daß so vermieden wird, daß tiefer liegende Teile des Speicherwassers stärker als höher liegende AnteileThis object is achieved in a double jacket heat exchanger of the above type by a plurality of one Feed pipe branching off feed stub in the double jacket space with valves for the heating medium in different Heights of the heat exchanger, through a heating medium discharge nozzle below, through in different Altitude of the heat exchanger in its storage water space protruding temperature sensors and through a temperature sensor in the feed line for the heating medium. With this heat exchanger you can compare the temperature of the heating medium in the supply line with the temperatures of the storage water at the various altitudes of the Heat exchanger, the heating medium is fed into the highest supply nozzle, at the altitude of which the temperature of the heating medium is even higher or at least as high as the temperature of the storage water. To be the valve in question to the nozzle is opened and the valves to the other nozzle are closed. The heating medium then flows in through this nozzle, from there through the double jacket space downwards, taking its heat under Cooling is released to the colder parts of the storage water. In that way it is avoided that deeper lying Parts of the storage water stronger than higher parts
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aufgeheizt werden, bleibt die natürliche Temperaturschichtung erhalten. Die Zufuhr an der höchsten Stelle, an der die Heizmitteltemperatur wenigstens gerade noch gleich der Speicherwassertemperatur ist, sorgt für die optimale Ausnutzung der Wärme des Heizmittels. Der Doppelmantelwärmetauscher wird besonders vorteilhaft dann eingesetzt, wenn die Temperaturen des Heizmittels stark schwanken, wie es z.B. der Fall ist, wenn das Heizmittel von Sonnenkollektoren aufgeheizt wird. Um befriedigende Temperaturen des Speicherwassers zu erreichen, ist es dann wichtig, zur Zeit der stärksten Sonneneinstrahlung das dann heiße Heizmittel zur Aufheizung des wärmsten Bereiches des Speicherwassers auszunutzen und bei schwächerer Sonneneinstrahlung die Temperaturschichtung nicht durch Verwirbelung zu zerstören und damit das zur Verfügung stehende Wärmespeicherwasser durch Vermischen mit dem kälteren abzukühlen, aber trotzdem auch das dann kältere Heizmittel optimal für die Aufheizung der kälteren Teile des Speicherwassers auszunutzen. Auch bei insgesamt niedriger Heizmitteltemperatur und schwankenden Speicherwassertemperaturen ermöglicht die Erfindung optimale Ausnutzung der Heizmittelwärme und durch Vermeidung der Störung der Temperaturschichtung die höchstmögliche Speicherwassertemperatur am Auslauf.are heated up, the natural temperature stratification is retained. The supply at the highest point, at which the heating medium temperature is at least just the same as the storage water temperature, takes care of the optimal use of the heat of the heating medium. The double jacket heat exchanger is used particularly advantageously when when the temperatures of the heating medium fluctuate greatly, as is the case, for example, when the heating medium is heated by solar panels. In order to achieve satisfactory temperatures of the storage water, it is then important, at the time of the strongest solar radiation, the then hot heating medium to heat up the warmest area of the storage tank water and, in the case of weaker solar radiation, the temperature stratification not due to turbulence to destroy and thus the available heat storage water by mixing with the colder to cool, but still the colder heating medium is optimal for heating the colder parts of the storage water to take advantage of. Even with an overall low heating medium temperature and fluctuating storage water temperatures The invention enables optimal utilization of the heating medium heat and by avoiding the disturbance of the temperature stratification the highest possible storage water temperature at the outlet.
Die Erfindung kann wie folgt vorteilhaft ausgestaltet sein.The invention can advantageously be configured as follows.
Durch einen engen Zwischenraum des Doppelmantels erreicht man hohe Strömungsgeschwindigkeiten und einen guten Wärmeübergang zwischen dem Heizmittel und dem an das Speicherwasser angrenzenden Wand des Wärmetauschers. Der Wärmeaustausch kann noch verbessert werden durch Umlenkstreifen im Doppelmantelraum zwischen je zwei Zuführungsstutzen mit einer Durchtrittsöffnung.A narrow gap in the double jacket enables high flow velocities and good heat transfer to be achieved between the heating means and the wall of the heat exchanger adjoining the storage water. The heat exchange can be improved even further by means of deflection strips in the double jacket space between two feed nozzles with a passage opening.
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Zweckmäßig bringt man die Temperaturfühler jeweils geringfügig unterhalb der Höhenlage der Stutzen an. Dadurch wird das höherliegende Ventil erst dann geschlossen, wenn die Temperatur des Heizmittels bereits etwas unter die Temperatur des Brauchwassers in Höhe des Ventils gesunken ist. Dies führt noch nicht zu einer Zerstörung der Temperaturschichtung im Brauchwasser, läßt jedoch die Wärme des Heizmittels besser ausnutzen.It is advisable to attach the temperature sensors slightly below the height of the nozzle. This will the higher-lying valve is only closed when the temperature of the heating medium is already slightly below the temperature of the hot water has dropped to the level of the valve. This does not yet lead to a destruction of the temperature stratification in domestic water, but allows better use of the heat of the heating medium.
Die oben beschriebene Steuerung der Zuführung des Heizmittels kann nach Ablesen der Temperaturmeßwerte von Hand erfolgen oder bei periodisch wiederkehrenden Verlaufen dementsprechend über ein festes Programm gesteuert werden, vorteilhaft gestaltet man jedoch die Steuerung selbsttätig. Dazu werden die Ventile in den Zuführungsstntzen als Magnetventile ausgebildet, die über einen Verstärker mittels der Temperaturfühler so gesteuert sind, daß nur das Magnetventil, in dessen Höhenlage die Differenz, Heizmitteltemperatur abzüglich Speicherwassertemperatur, den kleinsten positiven Wert hat,geöffnet ist und die übrigen Magnetventile geschlossen sind.The above-described control of the supply of the heating medium can be carried out manually after reading the measured temperature values take place or, in the case of periodically recurring processes, are controlled accordingly via a fixed program, however, the control is advantageously designed to be automatic. For this purpose, the valves in the feed supports are used as solenoid valves formed, which are controlled via an amplifier by means of the temperature sensor so that only the solenoid valve, at its altitude, the difference, heating medium temperature minus storage water temperature, is the smallest has a positive value, is open and the remaining solenoid valves are closed.
In einer einfachen Ausführungsart der Erfindung weist der obere Wärmetauscherteil nur einen Mantel auf und wirkt dadurch lediglich als Warmwasserspeicher. Dieser Behälterteil hat zweckmäßig rund 1/3 des Gesamtinnenvolumens des Wärmetauschers.In a simple embodiment of the invention, the upper part of the heat exchanger has only one jacket and acts as a result only as a hot water storage tank. This container part expediently has around 1/3 of the total internal volume of the Heat exchanger.
Der obere Wärmetauscherteil kann jedoch auch doppelwandig ausgeführt werden. Dadurch kann auch dann, wenn keine Sonnenenergie gewonnen werden kann, z.B. im Winter, mit dem Wasser des Heizungskreislaufs des Hauses über diesen zusätzlichen, an den Heizungswasserkreislauf angeschlossenen Zwischenraum des Wärmetauschers das Brauchwasser aufgeheizt werden.The upper part of the heat exchanger can, however, also have a double-walled design. This example may also when no solar energy can be generated, in winter, the water of the heating circuit of the house on this additional equipment connected to the heating water circulation space of the heat exchanger, the water to be heated.
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In den oberen Wärmetauscherteil kann sowohl in der einals auch in der doppelwandigen Ausführungsart ein zweckmäßig elektrisch betriebenes Heizelement eingeführt sein, um in Perioden geringer Sonnenenergieeinstrahlung oder im Fall der doppelwandigen Ausführungsart bei zu geringer Heizungswassertemperatur der Hausheizung eine ausreichende Brauchwasserversorgung zu gewährleisten. Diese kann automatisch in Abhängigkeit von der Brauchwassertemperatur eingeschaltet werden oder auch periodisch, bevorzugt über Nachtstrom betrieben werden.In the upper part of the heat exchanger, both in the one as an expediently electrically operated heating element can also be inserted in the double-walled embodiment, to in periods of low solar energy radiation or in the case of the double-walled design when it is too low Heating water temperature of the house heating system to ensure an adequate supply of domestic water. This can be done automatically can be switched on depending on the domestic hot water temperature or periodically, preferably via Night electricity can be operated.
An einen Zuführungsstutzen am Fuß des oberen Teils des Wärmetauschers kann eine Leitung angeschlossen werden, die durch Aufrechterhaltung einer Zirkulationsströmung, auch unter Einsatz einer Pumpe, dafür sorgt, daß an den Zapfstellen jederzeit warmes Wasser zur Verfügung steht.A line can be connected to a feed nozzle at the foot of the upper part of the heat exchanger, which by maintaining a circulation flow, also using a pump, ensures that at the taps hot water is available at all times.
Im folgenden wird anhand einer Zeichnung ein Ausuhrungsbeispiel der Erfindung erläutert.In the following an exemplary embodiment is given with the aid of a drawing the invention explained.
Es zeigen im einzelnenIt show in detail
Fig. 1 einen Schnitt durch einen stehenden, isolierten Doppelmantelwärmetauscher1 shows a section through an upright, insulated double-jacket heat exchanger
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Wärmetauschers nach Fig. 1 mit Zusatzaggregaten und einem Installationsplan eines von dem Wärmetauscher versorgten Hauses.FIG. 2 shows a schematic representation of the heat exchanger according to FIG. 1 with additional units and a Installation plan of a house supplied by the heat exchanger.
Der stehende, isolierte Dopjelmantelwärmetauschtrjfür ein Heizmittel und warmes Speicherwasser mit einer Temperaturschichtung, einem unteren Speicherwasserzulauf 2 und einem oberen Ablauf 3 weist eine Mehrzahl von Zuführungestutzen 4, 5, 6 auf, die mit Ventilen 7, 8, 9 versehen sind undThe standing, insulated double jacket heat exchange tray for a heating medium and warm storage water with a temperature stratification, a lower storage water inlet 2 and a upper outlet 3 has a plurality of feed nozzles 4, 5, 6, which are provided with valves 7, 8, 9 and
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von einer Zuführungsleitung 1o für das Heizmittel abzweigen. Die Zuführungsstutzen 4,5,6 sind in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers angebracht. Unten am Wärmetauscher befindet sich ein Heizmittelabführungsstutzen 11. Mehrere Temperaturfühler 12,13,14 ragen in den Speicherwasserraum hinein. In der Zuführungsleitung 1o für das Heizmittel befindet sich ein weiterer Temperatur-fühler 15. In dem engen Zwischenraum 16 des Doppelmantels sind Umlenkstreifen 17 für das Heizmittel angebracht.branch off from a supply line 1o for the heating medium. The feed nozzles 4, 5, 6 are attached at different heights of the heat exchanger. At the bottom of the heat exchanger there is a heating medium discharge nozzle 11. Several Temperature sensors 12, 13, 14 protrude into the storage tank water space. Located in the supply line 1o for the heating medium Another temperature sensor 15 is located. In the narrow space 16 of the double jacket there are deflection strips 17 attached for the heating medium.
Die Funktionsweise des Doppelmantelwärmetauschers wird im folgenden anhand der Fig.2 für die selbsttätig arbeitende Ausführungsart erläutert. Die Ventile 7,8,9 in den Zuführungsstutzen 4,5,6 sind als Magnetventile ausgebildet. Sie werden über einen Verstärker 18 mittels der Temperaturfühler 12-15 so gesteuert, daß nur das Magnetventil, in dessen Höhenlage die Differenz . Heizmitteltemperatur abzüglich Speicherwassertemperatur den kleinsten positiven Wert hat, geöffnet ist und die übrigen Magnetventile geschlossen sind. Es sei z.B. die Temperatur des Heizmittels bei Mittagssonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor 19 besonders hoch und zwar höher als die höchste Temperatur des Speicherwassers. Dann wird das Heizmittel durch die Pumpe 2o über das geöffnete Magnetventil 7 in den Doppelmantel eingeleitet und im Kreislauf durch den Heizungsmittelabführungsstutzen in den Sonnenkollektor 19 zurückgeführt. Bei Nachlassen der Sonneneinstrahlung möge die Temperatur des Heizmittels unter die Temperatur des Speicherwassers in der Höhenlage des Thermoelementes 12 absinken. Dann wird das Magnetventil 7 durch den Verstärker 18 geschlossen und das Magnetventil 8, in dessen Höhenlage die durch das Thermoelement 13 gemessene Speicherwassertemperatur im allgemeinen noch tiefer liegt als die Heizmitteltemperatur, geöffnet. Sinkt die Temperatur des Heizmittels unter die tiefste Speicherwassertemperatur,The mode of operation of the double-jacket heat exchanger is explained below with reference to FIG. 2 for the automatically operating Type of execution explained. The valves 7, 8, 9 in the feed nozzles 4, 5, 6 are designed as solenoid valves. she are controlled via an amplifier 18 by means of the temperature sensor 12-15 so that only the solenoid valve in which Altitude the difference. The heating medium temperature minus the storage tank water temperature has the smallest positive value, is open and the other solenoid valves are closed. Let it be, for example, the temperature of the heating medium at midday sunlight on the solar collector 19 particularly high and higher than the highest temperature of the storage water. Then the heating medium is introduced into the double jacket by the pump 2o via the opened solenoid valve 7 and in the Circuit returned to the solar collector 19 through the heating medium discharge nozzle. When the sunlight subsides let the temperature of the heating medium be below the temperature of the storage water at the altitude of the thermocouple 12 sink. Then the solenoid valve 7 is closed by the booster 18 and the solenoid valve 8, in the altitude of which the storage water temperature measured by the thermocouple 13 is generally even lower than the heating medium temperature, opened. The temperature drops of the heating medium below the lowest storage water temperature,
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ergibt also die Differenz Heizmitteltemperatur abzüglich Speicherwassertemperatur keinen positiven Wert, so werden sämtliche Magnetventile 7, 8, 9 geschlossen und die Pumpe 20 abgeschaltet. Ein Stutzern 21 ermöglicht eine dauernde Zirkulationsströmung des warmen Wassers durch die im rechten Teil der Fig. 2 angedeuteten Installationsleitungen, so daß dort an den Zapfstellen, wie der Dusche 22, sofort warmes Brauchwasser zur Verfügung steht. Sinkt die Temperatur des Speicherwassers im oberen Teil des Wärmetauschers unter einen vorbestimmten, durch einen Thermostaten 23 überwachten Wert, so wird über diesen automatisch eine Zusatzheizeinrichtung 24, die bevorzugt mit Nachtstrom betrieben wird, eingeschaltet. Der obere Teil des Wärmetauschers ist doppelwandig ausgebildet und über die Leitungen, 25, 26 mit dem Heizkessel 27 des Zentralheizungssystems des Hauses verbunden. Dadurch kann die Gebäudebeheizung, z.B. im Winter, für die Aufheizung des Brauchwassers im Wärmetauscher eingesetzt werden. Das Brauchwasser für den Doppelmantelwärmetauscher und für den Hausbedarf werden über eine gemeinsame Sicherungsgruppe 28 zugeführt. So if the difference between the heating medium temperature minus the storage tank water temperature is not a positive value, then all solenoid valves 7, 8, 9 closed and the pump 20 switched off. A nozzle 21 enables a permanent circulation of the warm water through the one on the right Part of Fig. 2 indicated installation lines, so that there at the taps, such as the shower 22, immediately hot water is available. If the temperature of the storage water drops in the upper part of the heat exchanger below a predetermined value monitored by a thermostat 23, this is automatically an additional heating device 24, which is preferably operated with night power, is switched on. The upper part of the The heat exchanger is double-walled and via the lines 25, 26 to the boiler 27 of the central heating system of the house connected. This means that the building heating, e.g. in winter, can be used to heat the Used water in the heat exchanger. The domestic water for the double jacket heat exchanger and for the house requirements are supplied via a common fuse group 28.
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DE19762637482 Withdrawn DE2637482A1 (en) | 1976-08-20 | 1976-08-20 | Vertical, insulated double jacket heat exchanger - has feed connections branching from feed line into double jacket space |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2637482A1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2477685A1 (en) * | 1980-03-06 | 1981-09-11 | Heraud Sa | Domestic hot water system with auxiliary solar heating - uses immersed coiled tube, central heating water jacket on tank and thermostatically controlled element |
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EP0034396B1 (en) * | 1980-02-19 | 1988-01-07 | Eurometaal N.V. | Method of controlling the energy management of an energy system and energy system based on said method |
EP1319899A2 (en) | 2001-12-17 | 2003-06-18 | Vaillant GmbH | Method for optimizing a cogenerating system with a fuel cell |
EP2218975A1 (en) * | 2009-02-11 | 2010-08-18 | Hermann Isenmann | Layer heat exchanger and charging device for same |
EP2339282A3 (en) * | 2009-12-28 | 2014-01-15 | Solvis GmbH & Co. KG | Stratified storage device for storing warm liquids at different temperatures |
EP2716992A1 (en) * | 2011-05-27 | 2014-04-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Hot water supply system |
EP3995750A1 (en) * | 2020-11-10 | 2022-05-11 | Nedzib Mahmutovic | Heat storage device |
-
1976
- 1976-08-20 DE DE19762637482 patent/DE2637482A1/en not_active Withdrawn
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EP2716992A4 (en) * | 2011-05-27 | 2014-12-17 | Mitsubishi Electric Corp | Hot water supply system |
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