DE3123570A1

DE3123570A1 - Druckloser grosstank fuer die warmwasserspeicherung

Info

Publication number: DE3123570A1
Application number: DE19813123570
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 4053 Jüchen Scholz
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1981-06-13
Filing date: 1981-06-13
Publication date: 1982-12-30
Also published as: EP0067428A1; DK263682A

Description

PTO. 685

Kernforschungsanlage Jülich

Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Druckloser Großtank für die Warmwasserspeicherung

Die Erfindung bezieht sich auf einen drucklosen Großtank für Warmwasserspeicherung mit einem schwimmenden Deckel und mit einem oberen Warmwasserzu- und -ablauf sowie einem unteren Kaltwasserzu- und -ablauf.

In Fernwärmesystemen auf der Basis von Kraft-Wärme-Kopplung sind Heizwasser spei eher z.B. zur zeitlichen Entkopplung von Strom- und Wärmeerzeugung und zur Abdeckung von Wärmebedarfsspitzen seit längerer Zeit im Gebrauch. Allerdings sind die in Deutschland im Betrieb befindlichen Speicher für Drücke, die deutlich über dem Umgebungsdruck liegen, ausgelegt und somit hinsichtlich ihres Volumens aber auch aus Kostengründen engen Begrenzungen unterworfen. Erst in jüngerer Zeit setzt sich die Erkenntnis durch, daß sogenannte "drucklose" Warmwasserspeicher in Form von Zylindergroßtanks, wie sie in der Mineralölindustrie seit längerem im Gebrauch sind, als Wärmespeicher erheblich wirtschaftlicher einsetzbar sind als Druckbehälter (batterien) . Erste Behälter dieser Art mit maximalen Volumina bis 3O OOO m sind seit einigen Jahren in Schweden in Betrieb und ein erster befindet sich auch in der Bundesrepublik im Bau.

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Diese Speicher sind mehr oder minder direkt aus der ölspeichertechnik übernommen worden. Sie besitzen ein festes Dach, welches wegen der großen Dimensionen (z.Zt. bis 42 in Durchmesser) nur gegen ganz geringe Unter- und Überdrücke ausgelegt werden kann. Hierfür sind im Hinblick auf Temperatur- und Füllstandsänderungen eine sehr komplizierte, empfindliche Druckregelung und aufwendige Sicherungsmaßnahmen erforderlich. Der untere ebene Boden kann aus sehr dünnem Blech hergestellt werden, wohingegen gerade der unterste zylindrische Schuß eine erheblich dickere Wandstärke aufweisen muß, da er die größten Umfangsspannungen aus dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule aufnehmen muß. Eine Verschweißung dieser unterschiedlichen Blechstärken ist zwar möglich und für Öltanks, die keinen nennenswerten Temperaturschwankungen unterliegen, auch ausreichend. Bei Wärmespeichern, die zwangsläufig verhältnismäßig großen und schnellen Temperaturände%ngen des Heizwassers unterliegen, ist diese Schweißverbindung sehr viel kritischer zu beurteilen. Bisher half man sich damit, daß der Boden am Rand verstärkt wurde, was relativ teuer ist, und daß man die Wärmedehnungsbeanspruchungen dadurch verringerte, daß man auf den Austausch der unteren (immer kältesten) Wasserschicht bei Ladewechselvorgängen verzichtete. Dies führt jedoch zu einer empfindlichen Einbuße in der Volumennutzung des Speichers. Eine weitere Verringerung der Volumennutzung wurde auch in der Nähe des schwankenden Wasserspiegels in Kauf genommen, indem die zu diesem Zweck schwimmende Ladewechselvorrichtung mit der Oberkante mindestens 0,5-1 m unter dem Wasserspiegel liegen mußte, um das Ansaugen von Luft bzw. Brüden zu vermeiden.

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Ziel der Erfindung ist daher eine bessere Ausnutzung des Tankvolumens, indem insbesondere durch eine Entlastung des Behälterbodens dafür gesorgt wird, daß die Kaitwasserzu- und -abfuhr unmittelbar oberhalb desselben erfolgen, kann, und ferner Mittel vorgesehen werden, welche die Warmwasserzu- und abfuhr unmittelbar unter dem Deckel ermöglichen.

Der zu diesem Zweck gemäß der Erfindung entwickelte drucklose Großtank für die Warmwasserspeicherung der eingangs genannten Art ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine elastische Überbrückung der Anschlußstelle zwischen dem Tankboden und dem unteren Rand der Seitenwand mittels eines mit beiden Elementen verbundenen elastischen Bauelementes, insbesondere in Form eines Halbrohres.

Weitere Besonderheiten der Erfindung gehen aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung wird insbesondere aηhand der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels besser verständlich werden, das sich auf die angefügten Zeichnungen bezieht; es zeigen schematisch:

Figur 1: einen Vertikalschnitt durch einen Großtank;

Figur 2: den unteren Anschluß des Behälterbodens an die Seitenwand in vergrößertem Maßstab und

Figur 3: den Bereich zwischen Deckelrand und Seitenwand, ebenfalls in vergrößertem Maßstab.

Der in Figur 1 im Schema dargestellte Großtank hat, wie in Figur 2 näher gezeigt ist, als Entlastung der Anschlußstelle zwischen Behälterboden und Seitenwand

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ein rait dem Behälterboden 1 und der Seitenwand 2 verschweißtes elastisches Element 3 (z-B- Halbrolir, U- Roiir, V/inkcl- oder Prof ι ltoLecK) , das insbesondere mit einem am unteren Rand der Seitenwand 2 angeschweißten und unterstützen Flanschring 4 verschweißt ist.

Auf diese Weise wird die kritische Schweißverbindung zwischen dünnem Tankboden und dickem unteren Zylinderschuß durch ein umlaufendes elastischen Bauelement entlastet. Damit können sich Tankboden und -mantel unterschiedlich radial dehnen, und unterschiedliche Temperaturen bei Ladewechselvorgängen zwischen Boden und Mantel werden über dieses elastische Glied durch Wärmeleitung abgebaut. Zusätzlich können von diesem Bauelement auch geringe unterschiedliche vertikale Setzungen zwischen Ringfundament für den Zylindermantel und dem Fundament - soweit noch erforderlich - unter dem statisch erheblich geringer belasteten Tankboden ausgeglichen werden.

Diese Entlastung macht es möglich, die untere Ladewechselvorrichtung direkt mit dem Bodenblech zu verbinden, was zu Baukostenersparnissen und zu einer besseren Volumennutzung führt.

Die Tankdecke ist, wie in Figur 3 dargestellt wird, schwimmend ausgeführt, wobei ein nach unten vorragender Kragen 5 und ein nach oben vorstehender Reif 6 mit einem damit verbundenen Ringponton 6 am Rand des Deckels 7 vorgesehen sind. Der zwischen dem Deckel 7 und der Seitenwand 2 gebildete Spalt i&te mindestens so breit, daß die durch ggf. unterschiedliche Erwärmungen auftretenden Dehnungsunterschiede aufgefangen werden. Er nimmt die .AbdichtungsfLüssigkeit 8 auf, die

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insbesondere von einer Körnerschicht 9 überdeckt wird, die im wesentlichen wärmeisolierend wirkt.

Eine schwimmende Abdeckung eines Warmwasserspeichers ist zwar bereits aus der DE-OS 2 049 574 bekannt, die jedoch durch mit Isolation versehene elastische Kissen gebildet wird, deren Mächtigkeit für die Fassung eines abdichtenden Füllmediums wie Para-ffin in dem zur Seitenwand hin gebildeten Spalt ausreicht.

Nach dem vorliegenden Konzept wird die Decke durch einen schwimmenden Deckel gebildet, an den die obere Ladewechselvorrichtung direkt angeschlossen werden kann und der mit einem nach unten ragenden Kragen und nach oben vorstehenden Reif verbunden ist. Die im Spalt vorgesehene Isolierflüssigkeit, wie etwa Para-ffin, soll eine Schichthöhe von mindestens lOO mm haben, und sie wird vorzugsweise von Körnern aus einem leichten temperaturbeständigen Isolierstoff , wie ca- 10Ow«l PoIyurethanschaum oder Perlit^ überschichtet. Der nach unten vorragende Kragen sorgt dafür, daß die leichte Flüssigkeit bei Ladewechselvorgängen nicht in das Heizwasser eingesaugt wird. Die Mächtigkeit der Schicht macht eine peinlich genaue Überwachung der Höhe derselben entbehrlich.

Ein weiterer Vorteil dieser mit Stahl verträglichen Flüssigkeitsschicht ist der, daß bei vorübergehenden Wasserspiegelabsenkungen ein Film dieser Flüssigkeit das Ansetzen von Rost verhindert und die Flüssigkeit gute Schmierwirkung besitzt. Durch die Schwimmdachkonstruktion entfällt die oben trwähnte. aufwendige

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Differenzdruckregelung. Diese wird besonders teuer, wenn am Aufstellungsort kein Dampf zur Aufrechterhaltung eines Dampfpolsters zur Verfügung steht und der Speicherinhalt eine Temperatur aufweist, die deutlich unter 100 ⁰C 1
thermisch entladen ist.

deutlich unter 100 ⁰C liegt, d.h. wenn der Speicher

Die bei dieser Konstruktion erreichte Verhinderung eines Luftzutritts in das Speicherwasser erlaubt den Anschluß der oberen Ladewechselvorrichtung unmittelbar an die schwimmende Decke, Dadurch kann diese erheblich einfacher ausgeführt werden^ da deren obere Platte mit dem Deckenblech identisch ist und eine eigene Schwimmvorrichtung überflüssig wird. Außerdem ist gewährleistet, daß das heiße Wasser immer ganz oben eingespeist bzw. abgesaugt werden kann, so daß eine entsprechend bessere Volumennutzung des wertvollen Speicherraumes möglich ist.

Die in Anspruch 1 und 2 gekennzeichnete speziell für den Warmwasserspeicher entwickelte Entlastung der Anschlußstelle zwischen Behälterboden und Seitenwand ist selbstverständlich für andere warmgehende Flüssigkeitsbehälter brauchbar.

Claims

Kernforschungsanlage Jülich
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Patentansprüche

Druckloser Großtank für Warmwasserspeicherung mit einem schwimmenden Deckel und mit einem oberen Warmwasserzu- und -ablauf sowie einem unteren Kaltwasserzu- und -ablauf, gekennzeichnet durch eine elastische Überbrückung der Anschlußstelle zwischen dem Tankboden (1) und dem unteren Rand der Seitenwand (2) mittels eines mit beiden Elementen (1,2) verbundenen elastischen Bauelementes (3), insbesondere in Form eines Halbrohres.
2. Großtank nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit dem unteren Rand der Seitenwand (2) verschweißten Flanschring (4), mit dem das auf der anderen Seite mit dem Bodenblech (1) verschweißte elastische Element (3) verschweißt ist.
3. Großtank nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen nach unten vorragenden Kragen (5) sowie einen nach oben vorstehenden Reif (6) am Deckelrand sowie eine zumindest 100 mm hohe Füllung des Spaltes zwischen Seitenwand (2) und Deckel (7) mit einer mit heißem Wasser nicht mischbaren, Stahl nicht korrodierenden, leichteren und höher siedenden Flüssigkeit (8) als Wasser .

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4. Großtank nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Überschichtung der Flüssigkeitsschicht (8) mit einer Schicht (9) von Körnern aus einem leichten temperaturbeständigen Isolierstoff.
5. Großtank nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Warmwasserzu- und -ablauf direkt an die schwimmende Decke angeschlossen ist.
6. Großtank nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Kaitwasserzu- und -ablauf direkt mit dem Bodenblech (1) verbunden ist.
7. Warmgehender Flüssigkeitsbehälter, bei dem Boden und Seitenwand gesondert gefertigt sind, gekennzeichnet durch eine elastische Überbrückung der Anschlußstelle zwischen Behälterboden (1) und Seitenwand (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2.