DE3044855C2

DE3044855C2 - Wärmeübertragungsanlage

Info

Publication number: DE3044855C2
Application number: DE3044855A
Authority: DE
Inventors: Gösta Dr.-Ing. 6270 Idstein Berg; Franz Jürgen Dr.-Ing. 6000 Frankfurt Müller
Original assignee: Ruetgerswerke AG
Current assignee: Ruetgers Germany GmbH
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1984-06-28
Also published as: IT1172091B; GB2088549A; FR2495289B1; PT74039B; BE891209A; PT74039A; GR77291B; IT8149757A0; ES507465A0; DE3044855A1; GB2088549B; FR2495289A1; ES8300193A1; NL8104780A

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

Patentansprüche:

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