DE3041278A1 - Stehender, zylindrischer fluessigkeitswaermespeicher fuer offenen heizungskreislauf mit aufgesetztem, offenen ausdehnungsgefaess fuer temperaturen auch ueber dem siedepunkt in verstaerkter stahlausfuehrung als vorgespannter oder mehrfachmantelstahlbehaelter - Google Patents

Description

• Beschreibung Die 2. Zusatzerfindung zu P 30 13 877.3 betrifft einen: "stehenden, zylindrischen Füssigkeitswärmespeicher für offenen HeizunCskreislauf mit aufgesetztem, offenen Ausdehnungsgefäß ftlr Temperaturen auch leber den Siedepunkt in verstärkter Stahl aus führung als vorgespannter oder Mehrfachmantelstahlbehälter".
• Der in der Haupterfindung beschriebene stehende, zylindrische Flüssigkeitswärmespeicher für offenen Heizungskreislauf mit aufgesetztem, offenen Ausdehnungsgefäß für Temperaturen auch über dem Siedepunkt sowie stehender, zylindrischer Behälter überhallpt können nur bis zu gewissen Größen in Stahlblech ausgeführt werden, da mit Überschreitung von 30 mm Blechstärke eine Wärmenachbehandlung der Nähte erforderlich wird, was bei grNsseren Sneichern oder Behältern auf praktisch unUberwindbare Schwierigkeiten stößt.
• Wie in ersten Zusatzpatent bereits festgestellt, wird man dann den Snannbetonbehrlter, der fUr sich allein betrachtet preislich günstiger ist, vorziehen. Da der Spannbetonbehälter äedoch einen zusttzlichen inneren Stahlbehälter, der erst die Dichtigkeit garantiert, erfordert und de in der Lage ist, Temperaturänderungen sowie unterschiedliche Erwärmung in Verbindung mit der Warmedämmung aufzunehmen, und von Spannbetonbehälter fernhält, tritt beim Übergang in der Wahl vom Stahlbehälter zum Spannbetonbehälter ein erheblicher Kostensprung auf. Außerdem ist beim Stahlbehälter die Konstruktion wesentlich einfacher als beim Spannbetonbehälter.
• Bekannt sind, wie schon angeführt, vorgespannte, zylindrische Druckgefässe aus Spannbeton. Hier wird die zylindrische Gefäßwand durch Spannstahlringe Uber den Umfang und evtl. axial so auf Druck vorgespannt, daß trotz des bei FUllrn des Speichers auftretenden Innendrucks, der sich in der Zylinderwand als Zugkraft auswirkt, in der Zylinderwand noch eine Restdruckspannung verbleibt.
• Ähnlich verhält es sich mit vorgespannten Gußdruckbehältern.
• Hier wird auch durch Ringsvorspannung und Axialvorspannung der aus einzelnen Gußkörpern bestehende Behalter, der innen gegebenenfalls durch eine Stahlhaut abgedichtet ist, so mittels Spanndrrhten unter Druck gesetzt, daß bei unter Innendruck stehendem Behälter noch eine Restdriickspannung in der aus Gußdruckkdrpern bestehenden Zylinderwand bleibt.
• In beiden Fällen milssen die auftretenden Zugkräfte, da dem Beton und Gußdruckkörpern keine Zugspannungen zugemutet werden können, vollkommen allein von den Spannstählen oder Spanngliedern aufgenommen werden.
• Im Gegenteil: Durch die Spannglieder muß noch ein zusätzlicher Druck auf die Wandung aufgebracht werden, damit bei voller Inanspruchnahme des zul.ssigen Behälterinnendrucks, wie schon erwXhnt, aus Sicherheitsgrdnden noch eine Restdruckspannung in der Behälterwandung verbleibt.
• In stehenden, zylindrischen Druckbehältern in Stahl mit Kugelböden sind die Zugkräfte in axialer Richtung und Uber den Kugelumfang nur halb so groß wie in dem Zylinderteil. Daher muß der Zylinderteil doppelt so stark sein als die Kugelböden, wodurch im Zylinderteil wegen der Materialdicken erhöhte Schweißschwierigkeiten auftreten.
• In stehenden, zylindrischen BehQltern aus Stahl treten am Übergang vom Boden zur Zylinderwand hohe Biegespannungen auf, insbesondere, wenn es sich bei den Behältern um Wärmespeicher handelt.
• Diese werden bei dem stehenden, zylindrischen Flüssigkeitswärmespeicher für offenen Heizungskreislauf mit aufgesetztem, offenen Ausdehnungsgefäß filr Temperaturen auch über den Siedepunkt durch die Temperaturänderungen nochmals vergrößert.
• Die Spannungen werden noch besonders durch die Reibungskräfte erhöht, die zwischen dem Boden und dem Erdreich oder sonstigem darunter liegenden Matrial auftreten.
• Diese Spannungen machen den Bau von Behältern ab einem gewissen Durchmesser und auch Temperatur unmöglich.
• Wählt man, um die Reibung zu verringern, zwischen dem Boden und den Frdreich eine Asphaltschicht, so wird zwar die Reibun? verringert, da die Asphaltschicht jedoch durch die Temperatur des Wärmespeichers weich wird, d.h. viskosen Charakter annimmt und soar flüssig werden kann, wird sie sich. seitlich herausdrücken.
• Die 2. Zusatzerfindung zu P 30 13 877.3 "stehender, zylindrischer Flüssigkeitswärmepeicher für offenen Heizungskreislauf mit aufgesetztem, offenen Ausdehnungsgefäß fUr Temperaturen auch Uber dem Siedepunkt in verstärkter Stahlausführung als vorgespannter oder Mehrfachmantelbehälter" soll diese Nachteile beseitizen.
• Sie besteht darin, daß 1. der Behälter mehrwandig ausgeführt werden kann (Fig. 2, 3, 6 u. 7). Entsprechend dem nach unten steigenden Innendruck werden zusätzlich nacheinander weitere Zylindermäntel (6) aneordnet. Diese Zylindermäntel (6) können aneinander lieen, sie können aber auch mit einem kleinen gegenseitigen Zwischenraum (13) angeordnet werden. Der Zwischenraum (12) zwischen den Mänteln kann, wcnn das zu speichernde medium Temperaturen unter dem Siedepunkt des Wassers hat, mit: Wasser aufgefüllt werden. Handelt es sich um Temperaturen, die Uber dem Siedepunkt liegen, so kann der Zwischenraum (18) mit einem geeigneten anderen, den Stahl nicht angreifenden flüssigen oer viskosen Medium, gefüllt werden, dessen Siedetemneratur lediglich höher liegen muß als die Temperatur des zu speichernden Mediums.
• Zum besseren Verständnis sind (neben Figur 3 schraffiert) die in den einzelnen Zylinderwandungen auftretenden Ringzugspannungen angegeben.
• 2. Der Behälter kann mit Spannstahl (7), d.h. einem Material mit bedeutend hdherer Festigkeit, umwickelt (Fig 1) und so vorgespannt werden, daß der Stahlmantel im Endzustand voll an der Aufnahme der Ringzugkräfte beteiligt wird. .t.bhänging von den zur Verfügung, stehenden Materialg@ten (Stahl der Behälterwandund (6) und dem Spannstahl (7) kann der Behälter etwa für die 3-fachen Ringzugkräfte ausgeführt werden. Hierdurch wirde der Speicher bei thnlichen Verhältnissen (@öhe : Durchmesser) in etwa den 5-faehen Inhalt haben können. Gegenüber dem vorgenannten Mehrfachmantel würde der vorgespannte Stahlb@hälter auch noch kostongünstiger erstellt werden können, da für den Vorsnannstahl (7) nur etwa 25 % mehr Material gegenüber den zusätzlichen Mänteln (6) erforderlich sind.
• 3. Zvlindrische Druckgefäße (Fi. 4) mit Kugelböden (21) oder auch anderen Abschlüssen haben in Zylinderteil normal die doppelte Wandstärke gegen@ber den Kugelböden (21), da die Ringspannungen doppelt so hoch sind, wie die Axialspannungen. Durch gleiche Wandstärken für Kugelböden und Zylinderteil werten die Ringzugkräfte des Zylinderteils nur zur Hälfte aufgenommen. Die andere Hälfte der Ringzugspannungen kann durch aufgezogene RinGe (19) übernommen werden. Die zu ve@schweißenden Materialstärken werden auf diese Weise auf die Hälfte reduziert und damit auch die Schweißprobleme für dicke Wandungen. Da, wie schon erwähnt, die aufgezogenen Ringe nicht miteinander verschweißt zu werden brauchen, besteht hier nicht niir der Vorteil, daß die Schweißnähte die halbe Stärke haben, sondern daß der Gesamtschweißnahtquerschnitt in zylindrischen Teil auch auf 75 % reduziert werden kann.
• 4. Statt der aufgezogenen Ringe mit gleicher Materialg@qqte unter 3. können die Ringzugkräfte des zylindrischen Teils des Druckbehälters zu 50 % mit über den Umfang gespannten Spanndstahl (6) aufgenommen werden )Fig. 5). Dies@ Lösung erfondert bedeutend weniger Material als die Ringe (19) unter 3, und bietet daher erhebliche Vorteile bei niederen Temperaturen, r.s eignet sich jedoch nur bis zu gewissen Temperaturen. Bei hdheren Temperaturen gehen die Vorteile des Spannstahles durch die Warmrelaxation desselben wieder varloren.
• 5. Die Wärmedämmung des Zwischenbodens (3) Fig. 6 u. 8, die aus druckbeständigen Wärmedimm-Material wie Foamglas oder Gasb@-ton besteht, ist in oiner viskosen Fltissirtkeit (Bitumen) eingebettet (1?). Am äußeren Rand des Speichers sind die nach oben und unten zu den Speicherkammern (2) hin b@renzenden Blechplatten sowohl mit der Speich@rwand (6) fest verbunden und dichten die Flüssigkeitsspeicher (1) ab. Die Boden- und Deckenbleche (13 u. 14) sind untereinander direkt oder indirekt dber ein Kompensationsglied (11) in Form einer fialbkreisrohrschale miteinander verbunden, die das Herausquetschen der viskosen Flüssigkeit verhindert. Andererseits ermöglicht die viskose Flüssigkeit, die durch das Kommpensationsglied (11) daran gehindert wird aus der Wärmedämmschicht (12) herausgequetscht zu werden, unterschiedliche Bewegungen des Boden- und Deckenblechs (13 u. 14) des Zwischenbodens, die infolge der möglichen Temperaturunterschiede zwischen den beiden Speicherkammern auftreten.
• Die gleiche Ausbildung gilt für den unteren Boden (13) Fig. 7 u. @ des Speichers bzw. Behälters über de@ Fundamentplatte (16). Hier wird lediglich das untere Blech (14) durch die normal übliche Betonplatte (16) ersetzt.
• Auch hier wird die freie Bewegung des Bodenblechs (13) durch die in einer viskosen Flüssigkeit eingelagerte Wärmedämmung mit dem am Umfang angeordneten abschlieénden Kompensationsglied (11) in Form einer Halbkreisrohrschale überhaupt erst ermölicht.
• Gegenüber bekannten Ausführungen macht die beschrieben Konstruktion die Ausführung von Speichern größerer Durchmesser für Medien mit sich ändernden Temperaturen überhaupt erst möglich.
• L e e r s e i t e

Claims (5)

1. Anspruch: 1. Stehender, zylindrischer Flüssigkeitswärmespeicher aus Stahl, bei dem zwei oder mehrere Zylindermäntel (6) nach außen abgestuft Fig. 2 u. 3 mit oder ohne Zwischenraum (18) Fig. 6 u. 7 übereinander gestülpt sind.

   Bei vorhandenen Zwischenräumen (18) sind dieselben je nach gespeichertem Medium mit Wasser oder einer viskosen Flilssigkeit wie z.B. Bitumen, bei der der Siedepunkt höher liegt als die Temperatur des gespeichrten Mediums, ausgefüllt.
2. 2. Stehender, zylindrischer Flüssigkeitsspeicher aus Stahl, Fig. 1, bei dem die Verstärkung unter 1. nicht durch zusätzliche Zylindermäntel, sondern durch eine vorgespannte Umwickelung mit Spannstahl (6) Fig. 8 u. 9 durcheführt wird, wobei die vorgespannte Zylinderwand (6) in Stahl unter möglichst voller Ausnutzung der zulässigen Zugspannungen gemeinsam mit den Spannstahl an der Aufnahme der Zugkräfte aus dem Innendruck mit beteiligt wird.
3. 3. Stehender, zylindrischer Flüssigkeits-Druckspeicher, oder Druckbehälter aus Stahl, Fig. 4, schlechthin, bei dem der Zylinderteil nur für die Aufnahme der axialen Kräfte und für die halben Ringzugkräfte bemessen ist. Die andere Hälfte wird durch Ringe (19), die an den druckbehälter fest anliegen, aber untereinander nicht verschweißt sein brauchen, übernommen.
4. 4. Stenender, zylindrischer Flüsi3keits-Drucksoeicher, oder Druckbehälter Fig. 5 schlechthin, bei den wie unter Anspruch 3. die Ringzugkräfte nur etwa zu 50 % von der Zylinderwand des behälters aufgenommen werden. Die restlichen ca. 50 % Ringzugkräfte werden mit Spannstahl (7) aufgenommen.
5. 5. Stehender, zvlindrischer Plüssigkeitswärmespeicher für Temperaturen auch über dem Siedepunkt, mit Zwischonböden, bei dem die Zwischenböden (j) Fi. 1, 2, , 7, @ u. u. 9 aus der decke (14) der darunter befindlichen Speicher-Kammer und dem Boden (13) der darüber befindlichen Speicher-Kammer aus Stahl bestehen und dezwischen eine aus druckbeständigem Isoliermaterial in viskoser Masse eingebettete Wärmedämmschicht (1?) haben.

   Der Abschlub am Außenrand erfolgt direkt oder indirekt über die Zvlindermäntel (6) durch ein Kompensationsglied (11) in Form einer Halbkreisrohrschale, so daß die wärmegedämmte Zwischendecke (3) einen geschlossenen Behälter derstellt, wobei sich die Außenründer von Decke (14) und Boden (13) antsprechend unterschiedlicher Wärmedehnung gemeisam mit der zugehörigen angeschweißten Zylinderwand (6) von der Pehältermitte aus unterschiedlich horizontal verschieben können.