DE3044855C2 - Wärmeübertragungsanlage - Google Patents
WärmeübertragungsanlageInfo
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Abstract
Kontaktelektroden-Anordnung für Lichtbogen- oder Widerstandsschmelzöfen, mit einer außerhalb der Ofenmauerung angeordneten Basisplatte, mit der die Hälse mehrere Elektroden leitend verbunden sind, wobei der übrige Teil der Elektroden in die Ofenausmauerung hineinragt und mit der in dem Ofenherd befindlichem Schmelze Kontakt hat. Die Basisplatte (6) ist unterhalb des Ofenbodens (4) in Abstand angebracht. Zwischen Basisplatte und Ofenboden ist damit ein Zwischenraum (7) geschaffen, in dem ein die Elektrodenhälse (8), die Ofen-Außenseite und die Basisplatte (6) kühlendes Fluid, insbesondere Luft, fließen kann.
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur Wärmeübertragung mit einem flüssigen Wärmeträger (in
folgendem »Anlage« genannt), bestehend aus mindestens einem Flachwärmetauscher, insbesondere Sonnenkollektor
zur Aufnahme bzw. Abgabe von Wärme, in dem der Druck geringer ist als der Atmosphärendruck,
einem Leitungssystem mit Umwälzpumpe, einem Wärmetauscher und einer Druckregeleinrichtung.
Die Anlage kann beispielsweise als Teil einer Heizungsanlage
zur Nutzung der Sonnenenergie oder auch zur Raumheizung mit großflächigen Wärmetauschern
auf Wänden, Fußböden oder an Decken verwendet werden.
Nun sind Wärmeübertragungsanlagen bekannt, die ganz oder teilweise in einem Druckbereich arbeiten, der
unter dem Atmosphärendruck liegt.
So wird in der DE-OS 26 01 673 ein Verfahren und eine Anlage zur Ausnutzung der Sonnenenergie beschrieben,
das für die Wärmeübertragung die Verdampfungswärrne nutzt. Als Wärmeträger dient insbesondere
Wasser. Da die Siedetemperatur des Wassers bei Atmosphärendruck im Kollektor nicht erreicht wird, muß die
Anlage sorgfältig evakuiert werden. Der sehr niedrige Systemdruck läßt sich nur unter Schwierigkeiten aufrechterhalten.
Weiterhin ist aus der DE-OS 28 09 690 eine Vorrichtung
zum Heizen und zur Nutzung der Sonnenenergie bekannt, die mit unterschiedlichen Drücken, also auch
einem Unterdruck, beaufschlagt werden kann. Es handelt sich dabei um ein geschlossenes System, bei dem
der Druck durch Volumenveränderungen z. B. infolge von Temperalurschwankungen bei Vorgabe eines
Druckes, der kleiner oder gleich dem Atmosphärendruck ist, nicht über ein zulässiges Maß ansteigt. Dadurch
erübrigt sich ein Sicherheitsventil und die AnIagentcile können geringer dimensioniert werden. Es ist
nicht offenbart, wie dieser Unterdruck erzeugt wird. Unabhängig davon ist es nicht möglich, die Anlage während
des Betriebes zu entlüften, wenn der Druck in dem Gasraum oberhalb der Membran geringer als der Atmosphärendruck
ist. Diese Anlage ist daher nicht geeignet, ständig im Unterdruckbereich zu arbeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmeübertragungsanlage zu entwickeln, die es gestattet, einfach aufgebaute,
leichte Flachwärmetauscher zu verwenden, deren Verbindungsstellen keiner senkrecht darauf wirkenden
Kraftkomponente ausgesetzt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die senkrecht nach unten führenden Rohre des Leitungssystems
so dimensioniert sind, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers größer als 0,5 m/s
ist, und die Druckrcgeleinrichtung (5) den Druck so regelt, daß er unabhängig von der Temperatur des Wärmeträgers
in den Flachwärmetauschcr (1) über dem Dampfdruck des Wärmeträgers liegt.
Die Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 0.5 m/s
ist erforderlich, um die durch evtl. Undichtigkeiten oder durch F.ntgascn des Wärmeträger entstehenden b/.w.
bei Inbetriebnahme der Anlage vorhandenen Gase in
den Uberdruckbcreich fördern zu können, w>
> sie in
jekannter Weise ζ. B. durch ein schwimmergesteuertes
Entlüftungsventil aus dem Kreislauf entfernt werden.
AusfChrungsnmöglichkeiten der Erfindung sind in Jen Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben.
F i g. 1 zeigt eine Anlage mit offenem Leitungssystem (2) und einer Druckregeleinrichtung (5) in der Form
eines Ausgleichsgefäßes,
F i g. 2 zeigt eine Anlage mit offenem Leitungssystem (2) und einem davon getrennten Reservoir (10). Die
Druckregeleinrichtung (5) ist hierbei in das Leitungssystem (2) integriert und besteht aus einem Oberlaufwehr
(7) und einer Ringtasse (8>.
F i g. 3 zeigt eine Anlage mit offenem Leitungssystem (2) und einem davon getrennten Reservoir (10). Die
Druckregeleinrichtung (5) besteht aus einem offenen Rohrstutzen mit Füllstandssonden (13), die eine Ladepumpe
(12) steuern und so das Flüssigkeitsniveau konstant halten.
F i g. 4 zeigt eine Anlage mit geschlossenem Leitungssystem (2). Die Druckregeleinrichtung (5) besteht aus
einem mit einer Membran (14) abgeschlossenen Behälter, die mit einer Gewichlsplatte (17) belastet ist.
F i g. 5 zeigt eine Druckregeleinrichtung (5) gemäß Fig.4 mit einem Faltenbalg (15) statt der Membran
(14).
Fig.6 zeigt eine Druckregeleinrichtung (5) gemäß
F i g. 4 mit einem Kolben (16) statt der Membran (14).
Der Druck kann auf verschiedene Weise geregelt werden. Bei einem offenen Leitungssystem (2) erfolg!
die Regelung in einfacher Weise über eine mit dem Leitungssystem (2) verbundene belüftete Flüssigkeitssäule,
deren Höhe auf ein bestimmtes Niveau unterhalb des Flachwärmetauschers gehalten wird. Das erfolgt in
einfachster Weise dadurch, daß an der unteren waagerechten Rohrleitung des Leitungssystems (2) eine senkrechte
Rohrleitung (6) nach oben zu einem Behälter verlegt wird, dessen Durchmesser groß genug ist, um
das Ausdehnungsvolumen ohne große Änderung der Füllhöhe aufnehmen zu können. Wo kein ausreichender
Platz für einen solchen Behälter vorhanden ist, kann das Niveau auch mit Hilfe eines Überlaufwshres (7) konstant
gehalten werden. Dabei kann der zur Atmosphäre offene Rohrstutzen mit Überlaufwehr (7) und Ringtasse
(8) auch direkt in das nach unten führende Rohr des Leitungssystems (2) unterhalb des Flachwärmetauschers
(1) eingebaut werden. Überschüssiger Wärmeträger fließt über das Überlaufwehr (7) in die Ringtasse (8)
und gelangt dann über eine Rohrleitung (9) in ein tieferliegendes Reservoir (10). Bei Bedarf, z. B. beim Füllen
der Anlage oder Verminderung des Umlaufvoluniens durch Temperaturabsenkung wird über eine z. B.
schwimmergesteuerte Ladepumpe (12) der Wärmeträger aus dem Reservoir (10) über die Rohrleitung (11)
wieder in das Leitungssystem (2) zurückgepumpt.
Ist unterhalb des Rohrstutzens kein Platz für das Reservoir
(10), so kann das Niveau in dem Rohrstutzen auch durch eine z. B. mit üblichen Füllstandssonden (13)
gesteuerte Ladepumpe (12) erfolgen, deren Förderrichtung umkehrbar ist. Die Pumpe ist dann über eine Rohrleitung
(11) mit dem Rohrstutzen und dem Reservoir (10) verbunden.
Bei all diesen Anordnungen kann die zur Atmosphäre offene Druckregeleinrichtung auch zur Entlüftung der
Anlage genutzt werden, so daß keine Entlüftungsventil erforderlich sind. Solche z. B. schwimmergcsteuerten
Entlüftungsventile sind bei geschlossenem Leitungssystem (2) unbedingt erforderlich und müssen so im Überdruckbereich
angeordnet sein, daß sich in dem Druckregelsystem (5) kein Gas ansammeln kann, also entweder
vor oder auf der Druckregeleinrichtung (5).
Die Druckregeleinrichtung (5) besteht dann aus einem
mit z. B. einer Membran (14), einem Faltenbalg (15) oder einem Kolben (16) abgeschlossenen Behälter, auf
dessen leicht beweglichen Verschluß eine konstante Kraft, z. B. ein Gewicht (17), wirkt. Der Behälter und
der Verschluß müssen dabei so dimensioniert sein, daß
ίο durch die Bewegung des Verschlusses infolge der Volumenänderung
keine großen Kräfte entstehen.
Durch die Anlage ist es möglich, großflächige Flachwärmetauscher zur Wärmeübertragung zu verwenden,
die aus zwei dünnen, übereinander angeordneten, nur an den Rändern miteinander gasdicht verbundenen Folien
(19, 20) bestehen, die durch eine druckfeste poröse Zwischenlage (21) z. B. aus offenporigem Schaumstoff oder
einem Vlies voneinander getrennt sind. Anstelle der Zwischenlage (21) können auch die Folien mit Prägun-
2» gen versehen sein, die je nach Verwendung Drücken von mindestens 0,5 bar widerstehen und die Folien (19,
20) bei dieser Belastung auseinanderhalten, so daß sie von dem Wärmeträger ungehindert durchströmt werden
können. Da der Flachwärmetauscher nur durch Außenkräftc beansprucht wird, die von den Abstandhaltern
(21) aufgenommen werden, bleiben die empfindlichen Verbindungsstellen der Folien nahezu unbelastet.
Nicht nur die Fertigung solcher Flachwärmetauscher wird vereinfacht, auch ihre Lebensdauer wird dadurch
jo beträchtlich erhöht.
Da der Wärmeträger nicht verdampfen soll, ist der Druckverlust des Flachwärmetauschers (1) begrenzt.
Der Druck des Wärmeträgers soll am Eintritt unter dem Atmosphärendruck liegen, z. B. 0.9 bar: dann darf der
Gesamtdruckverlust des Flachwärmetauschers (1) die um 0,1 bar verminderte Differenz zwischen Atmosphärendruck
und Siededruck des Wärmeträgers bei der jeweiligen Betriebstemperatur, die maximal 80°C erreichen
kann, nicht überschreiten. Wird Wasser als Wärmeträger verwendet, so beträgt der maximal zulässige
Druckvcrlust 0,43 bar. Dieser Gesamtdruckverlust setzt sich zusammen aus dem Strömungswiderstand und der
statischen Höhe bei einem nicht waagerecht angeordneten Flachwärmetauscher (1). Zur leichteren Inbetriebnähme
der Anlage ist in unmittelbarer Nähe des Flachwärmeiauschers,
(1) ein Bypass (22) mit einem Entlüftungsventil vorgesehen. Die Anlage wird unter Umgehung
des Flachwärmetauschers (1) vollständig gefüllt. Vorteilhafterweise wird während dieses Vorgangs die
Druckregeleinrichtung (5) von dem Leitungssystem (2) getrennt. Danach wird die Umwälzpumpe (4) eingeschaltet
und die Druckregelcinrichtung (5) wieder mit dem Leitungssystem (2) verbunden. Der Flachwärmetauscher
(1) kann nun, da sich im oberen Teil der Anlage ein Unterdruck ausgebildet hat, langsam zugeschaltet
werden. Eine schnellere Inbetriebnahme kann dadurch erreicht werden, daß der Flachwärmetauschtr (1) bereits
beim Füllvorgang evakuiert wird. Hierzu eignet sich besonders eine Wasserstrahlpumpe (23), die an der
bo Stelle in das Leitungssystem (2) eingebaut ist, wo der Bypass (22) in Strömungsrichtung wieder in das Leitungssystem
(2) einmündet. Der vom Bypass (22) ins Leitungssystem (2) strömende Wärmeträger bildet den
Treibstrahl.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Anlage zur Wärmeübertragung mit einem flüssigen Wärmeträger, bestehend aus mindestens einem
Flachwärmetauschcr, insbesondere Sonnenkollektor, zur Aufnahme bzw. Abgabe von Wärme, in
dem der Druck geringer ist als der Atmosphärendruck, einem Leitungssystem mit Umwälzpumpe, einem
Wärmetauscher und einer Druckregeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die
senkrecht nach unten führenden Rohre des Leitungssystems (2) so dimensioniert sind, daß die Strömungsgeschwindigkeit
des Wärmeträgers größer als 0,5 m/s ist. und die Druckregeleinrichtung (5) den !■>
Druck so regelt, daß er unabhängig von der Temperatur des Wärmeträgers in dem Flachwärmelauscher
über dem Dampfdruck des Wärmeträger liegt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckregefeinrichtung (5) aus einem unterhalb des Flachwärmetauschers (I) angeordneten
Behälter besteht, der über eine Rohrleitung (6) mit dem Leitungssystem (2) verbunden und zur Atmosphäre
geöffnet ist, und der zumindest das Ausdehnungsvolumen des Wärmeträgers ohne große Änderung
der Füllhöhe aufnehmen kann.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung (5) in das Leitungssystem
(2) unterhalb des Flachwärmetauschcrs (1) eingebaut ist und einen zur Atmosphäre offener
Rohrstutzen mit einem Überlaufwehr (7) und einer Ringtasse (8) aufweist, die über die Rohrleitung (9)
mit dem unterhalb des Rohi Stutzens angeordneten Reservoir (10) verbunden ist, von dem aus eine
Rohrleitung (11) mit einer schwimmergestcuerten Ladepumpe (12) wieder zum Rohrstutzen verlegt ist.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregcleinrichiung (5) unterhalb des
Flachwärmetauschers (I) eingebaut isi und einen mit dem Leitungssystem (2) verbundenen, zur Atmosphäre
offenen Rohrstutzen aufweist, der mit einem Niveauschalter (Füllstandssonde 13) versehen und
über eine Rohrleitung und die durch den Niveauschalter gesteuerte Ladepumpe (12). deren Förder- v>
richtung umkehrbar ist. mit einem Reservoir (10) verbunden ist.
5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckregelcinrichmng (5) bei geschlossenem
Leitungssystem ein mit einer Membran (14), einem Faltenbalg (15) oder Kolben (16) verschlossener
Behälter verwendet wird, auf dessen leicht beweglichen Verschluß eine konstant wirkende Kraft
wie ein Gewicht (17) wirkt, und daß im Überdruckbereich vor oder auf dieser Druckregelcinrichtung v,
eine automatische Entlüftung (18) angeordnet ist.
6. Anlage nach den Ansprüchen I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdruckverlust des
Flachwärmetauscher:, (1) um mindestens 0,1 bar geringer ist als die Differenz zwischen Atmosphären- m>
druck und Dampfdruck des Wärmeträgers bei der maximalen Betriebstemperatur von 80"C.
7. Anlage nach ilen Ansprüchen 1 bis b. dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen Bypass (22) mit F.ntlüftung
in unmittelbarer Nahe des Flachwärmetau- t>r>
schers(l) aufweist.
8. Anlage nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch
gekennzeichnet, da 1.1 an der Stelle, wo der Bypass
(22) in Slrömungsrichtung gesehen wieder in das
Leitungssystem (2) mündet, eine Unterdruck erzeugende Vorrichtung, wie eine Wasserstrahlpumpe
(23) eingebaut ist
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