DE3145197C2

DE3145197C2 - Wärmespeicherbehälter für eine Heiz-Kühl-Anlage mit Wärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE3145197C2
Application number: DE19813145197
Authority: DE
Inventors: Otmar Dipl.-Ing. 8000 München Schäfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-13
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE3145197A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum abwechselnden Heizen und Kühlen eines Wärmetauschers, wie einer Presse, einer Heiz-Kühl-Anlage mit Wärmerückgewinnung, die wenigstens zwei hohlzylindrische Flüssigkeitsbehälter enthält, denen während des Prozesses von unten Flüssigkeit zugeführt und aus denen wieder Flüssigkeit entnommen wird und die ferner mit Dampf der Flüssigkeit belastet sind, wird zur Verhinderung spontaner Kondensationserscheinungen im Bereich des Flüssigkeitsspiegels (46) mittels eines axial verschiebbaren Schwimmkörpers (48) eine mit Löchern (49a) versehene Scheibe (49) stets in geringem Abstand unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (46) gehalten. Oberhalb der mit Löchern versehenen Scheibe und unmittelbar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels kann zur weiteren Beruhigung eines weitere Ringscheibe (51) angeordnet sein.

Description

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Schwimmkörpers so bemessen ist daß er auch während und die am Schwimmkörper 44 befestigte Scheibe 45. seiner Axialbewegungen im Flüssigkeitsbehälter nicht Hierbei tritt keine wesentliche Vermischung der oberüberflutet wird, wodurch an den Kanten Wirbel ausge- halb der Scheibe 45 liegenden Flüssigkeitsschicht 47 mit löst werden könnten. der unter der Scheibe 45 befindlichen Flüssigkeit auf. Vorzugsweise ist der Schwimmkörper kolbenförmig 5 Damit wird auch der Flüssigkeitsspiegel 46, d. h. die ausgebildet und trägt an seiner Umfangsfläche an einer Grenzfläche zum Dampfpolster, wirbelfrei gehalten und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegenden Stelle eine es kann wegen der stabilen Oberfläche nicht zu den mit Durchtrittsöffnungen versehene, d.h. perforierte gefürchteten spontanen Kondensationserscheinungen Ringscheibe, die sich bis nahe der Behälterinnfcnwand kommen. Die Grenzschicht im Bereich des Flüssigkeitserstreckt Falls der Schwimmkörper hierbei z. B. mittels 10 spiegeis 46, d.h. die oberste Schicht der Flüssigkeitseinesoder zweier Führungsrohre axial geführt wird, so schicht 47, behält die Temperatur des Sattdampfes, daß er auch nicht verkanten kann, wird hierdurch der selbst wenn in den Behälter unterhalb der Scheibe 45 kritische Berührungsbereich zwischen Heißdampf und Flüssigkeit mit um etwa 100⁰C niedrigerer Temperatur Flüssigkeit auf einen mehr oder weniger großen Ring- zugeführt wird.

spalt — eine Ringspaltbreite von etwa 10 cm hat sich in 15 Da bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 der Praxis als vorteilhaft erwiesen — begrenzt und in nur der äußere mit Durchgangslöchern 45a versehene diesem Bereich durch die perforierte Ringscheibe eine Ringbereich der Scheibe 45 für die Aufrechterhaltung Stabilisierung der Grenzfläche erzwungen. einer stabilen Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Bei größeren Unterschieden zwischen der Sattdampf- Dampfpoister wirksam wird, genügt es, wenn, wie bei temperatur und der mittleren Flüssigkeitstemperatur 20 dem Ausführungsbeispiel nach F i g. ?, am Schwimmdes Behälters ist es gemäß einer Weiterbildung der Er- körper 48 eine sich im wesentlichen üüzr den Ringspalt findung zweckmäßig, oberhalb der perforierten Ring- zwischen Schwimmkörper und Behälterinnenwand erscheibe und unmittelbar unterhalb des Flüssigkeitsspie- streckende Ringscheibe 49 mit Durchtrittsöffnungen gels eine weitere Ringscheibe vorzusehen, die Vorzugs- 49a vorgesehen wird. Bei der Ausführungsform nach weise nicht perforiert ist Damit wird die Flüssigkeits- 25 F i g. 3 ist zudem nur ein einziges Führungsrohr 50 voroberfläche weiter stabilisiert und darüber hinaus eine handen. Eine wesentliche Modifikation gegenüber dem Unterteilung in zwei Flüssigkeitsschichten erzwungen, ersten Ausführungsbeispiel besteht schließlich darin, die unterschiedliche Temperatur aufweisen können. Es daß in einer unmittelbar unterhalb des Flüssigkeitsspieist auf diese Weise möglich, die oberste Flüssigkeits- gels 46 liegenden Höhe des Schwimmkörpers 48 eine schicht, die an den Sattdampfbereich grenzt, auf der 30 weitere Ringscheibe 51 angeordnet ist Die Ringscheibe Sattdampftemperatur zu halten, selbst wenn in der dar- 51 weist keine Durchtrittscffnungen auf. Durch sie wird unter liegenden Flüssigkeitsschicht die Temperatur ab- die Flüssigkeit im Ringraum zwischen dem Schwimmnimmt korper 48 und der Behälterinnenwand in zwei Flüssig-Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele keitsschichten 52 und 53 unterteilt Die Flüssigkeitsanhand von 3 Figuren näher erläutert Es zeigt 35 schicht 52 ist hierbei im Verhältnis sehr dünn ausgebil-F i g. 1 in einem Längsschnitt einen Teil eines Wärme- det Da sie gegenüber dem Flüssigkeitsraiim unterhalb Speicherbehälters; der Scheibe 49 nochmals durch die Ringscheibe 51 und F i g. 2 den Querschnitt H-H von F i g. 1; die Flüssigkeitsschicht 53 entkoppelt ist, wird hierdurch F i g. 3 einen der F i g. 1 entsprechenden Längsschnitt eine weitere Stabilisierung der Grenzfläche sowohl hindurch eine weitere Ausführungsform eines Wärmespei- 40 sichtlich einer möglichen Beunruhigung durch Wirbelcherbehälters. bilduig als auch hinsichtlich der Temperatur erzielt Die In den F i g. 1 und 2 ist die zylindrische Behälterwand oberste Flüssigkeitsschicht 52 wird auch bei verhältniseines Wärmespeicherbehälters mit 41 bezeichnet Inner- mäßig raschen axialen Bewegungen des Schwimmkörhalb des Behälters sind zwei zur Zylinderachse des Be- pers 48 stabil und auf der Temperatur des angrenzenden •| iiälters parallele Führungsrohre 42 und 43 befestigt, die 45 Dampfpolsters gehalten.

e| einen kolbenförmigen Schwimmkörpei 44 mit daran be- Die Anordnung und Bemessung der Durchtrittsöff-

H festigter, mit Durchtrittsöffnungen 45a versehenen nungen 45a bzw. 49a der Scheibe 45 bzw. 49 ist so ge-

% Scheibe 45 so führen, daß sich Schwimmkörper 44 und wählt daß die kinetische Energie der Spaltströmung bei

t'| Scheibe 45 weder verkanten noch um die Zylinderachse Relativbewegungen zwiscnen Flüssigkeitsspiegel 46

j£j drehen können. Der Auftrieb des Schwimmkörpers 44 so und Scheibe 45 bzw. 49 möglichst abgebaut wird und

f| ist so bemessen, daß dieser während der Axialbewegun- damit kritische Turbulenzen und Temperaturänderun-

|; gen im Behälter nicht überflutet wird, d. h. daß der mit gen im Bereich der Grenzfläche zwischen Sattdampf

|- 46 bezeichnete Flüssigkeitspegel stets unterhalb der und Flüsigkeit vermieden werden.

;> oberen Seite des Schwimmkörpers 44 liegt Die Scheibe

\: 45 muß hingegen dauernd überflutet sein, d. h. stets 55 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

■■,■■ vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 46 liegen.

:;: Bei verhältnismäßig schnellen Pegelschwankungen
• beim Füllen und Entleeren eines Wärmespeicherbehäl-

<:■· ters treten auch geringfügige Schwankungen des Flüs-

sigkeitsspiegels 46 gegenüber dem Schwimmkörper 44 60
Ö auf. Im Bereich dieser relativen Schwankungen sol! der
f; Schwimmkörper 44 keinerlei Kanten oder Ansätze auf-
ί [ weisen, die zu einer Wirbelbildung und damit zu einer

Störung des Flüssigkeitsspiegels 46 führen könnten.

; Beim Leeren oder Füllen des Behälters sinkt bzw. (-5
steigt der Flüssigkeitsspiegel 46 beispielsweise mit einer
Geschwindigkeit in der Größenordnung von 10 cm pro
Sekunde und mit diesem auch der Schwimmkörper 44

Claims

1 2 den Verfahrensabiauf bedingt sind. Sowohl die Höhe Patentansprüche: des Flüssigkeitsspiegels in den Wärmespeicherbehäl- tem als auch die mittlere Temperatur der Flüssigkeit in

1. Wärmespeicherbehälter für eine Heiz-Kühl-An- diesen Behältern ist Schwankungen unterworfen. Es lage mit Wärmerückgewinnung, wobei der Wärme- 5 sind Arbeitszyklen vorgesehen, bei denen Flüssigkeit speicherbehälter im unteren Bereich einen Anschluß aus einem vollen Behälter in einen Wärmetauscher gefür die Flüssigkeitszufuhr und Flüssigkeitsabfuhr pumpt und gleichzeitig die in diesem Wärmetauscher und im oberen Bereich einen Anschluß für ein die enthaltene Flüssigkeit in einen leeren Behälter ausge-Flüssigkeit beaufschlagendes Druckmedium auf- schoben wird. Hierbei schwankt der Flüssigkeitspegel weist, mit einem durch mindestens ein zur Zylinder- to von einem maximalen Wert, bei dem der Behälter naheachse des Wärmespeicherbehälters paralleles Füh- zu gefüllt ist, bis zu einem minimalen Wert, bei dem nur rungsrohr geführten, axial verschiebbaren noch eine kleine Restflüssigkeitsmenge vorhanden ist, Schwimmkörper, dadurch gekennzeich- und umgekehrt Auch die mittlere Temperatur der Flüsn e t, daß das Druckmedium der Dampf der Flüssig- sigkeit ändert sich bei diesen Vorgängen. Da diese Pekeit ist, und daß an dem Schwimmkörper (44, 48) 15 gei- und Temperaturschwankungen stets mit Instabilitäeine mit Durchgangslöchern (45a, 49a) versehene ten im Bereich des Flüssigkeitsspiegels verbunden sind, Scheibe (45,49) befestigt ist, die sich über annähernd besteht die Gefahr spontaner Kondensationserscheiden Innenquerschnitt des Wärmespeicherbehälters nungen im Bereich der Grenzfläche zwischen Flüssigerstreckt und stets in geringem Abstand unterhalb keit und Sattdampf, die bei Wasser als Wasserschlag des Flüssigkvitsspiegels (46) gehalten ist 20 bezeichnet werden und die Zerstörung des Behälters

2. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1, da- mit Lebensgefahr für Bedienurigsleuie der Anlage zur durch gekennzeichnet, daß die Scheibe (49) als sich Folge haben können. Aus Sicherheitsgründen wird desitn wesentlichen über den Ringspalt zwischen halb in der Praxis bei den genannten Anlagen Stickstoff Schwimmkörper (48) und Behälterinnenwand er- zur Druckauflastung verwendet

streckende Ringscheibe ausgebildet ist 25 Es ist bekannt, in WärmespeicherbehäJtem ortsfeste

3. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1 oder perforierte Scheiben vorzusehen, die sich über den ge-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (45,49) samten Querschnitt des Innendurchmessers des Behälim Bereich der Unterkante des Schwimmkörpers ters erstrecken. Diese perforierten Scheiben dienen da-(44,48) befestigt ist - zu, bei einer Flüssigkeitszufuhr in den Behälter eine

4. Wärmespeicherbehalter nach einem der An- ao Kolbenströmung zu erzielen.

Sprüche 1 bis i, dadurch gekennzeichnet, daß ober- Ferner ist es aus dem DE-GM 73 43 635 bekannt, ei-

h.ilb der Scheibe (45,49) in einer unterhalb des Flüs- nen Wasserbehälter durch einen als Schwimmkörper

sigkeitsspiegels (46) üegerden Höhn des Schwimm- ausgebildeten axial verschiebbaren Kolben in voneinan-

körpers (44, 48) eine weitere R'ngscheibe (51) an der getrennte Kammern zu unterteilen. Hierdurch soll

dem Schwimmkörper befestigt ist. 35 eine Vermischung von Frischwasser und abgestandenem Wasser innerhalb des Behälters verhindert werden.

Durch die US-PS 34 38 215 ist außerdem ein Behälter

zum Speichern zweier unterschiedlicher Flüssigkeiten bekannt geworden, der eine axial verschiebbare Trenn-

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicherbehälter 40 wand aufweist, die am oberen und unteren Rand jeweils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. eine Ringdichtung enthält, die an der Behälterinnen-Wird bei Heiz-Kühl-Anlagen mit Wärmerückgewin- wand anliegen. Der Ringraum zwischen den beiden nung (DE-AS 29 43 797) eine Flüssigkeit als Wänneträ- Ringdichtungen kann mittels eines Druckgases beaufger verwendet, die über ihren Siedepunkt bei Normal- schlagt werden, um die Abdichtung zwischen den unterdruck hinaus erwännt wird, so ist es erforderlich, diese 45 schiedlichen Flüssigkeiten zu verbessern.
Flüssigkeit auf einem so hohen Druck zu halten, daß sie Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem nicht zum Sieden kommt Zu diesem Zweck sind die Wärmespeicherbehälter der einleitend genannten Art oberen Anschlüsse der Wärmespeicherbehälter der be- eine Druckauflastung der Flüssigkeit in dem Behälter kannten Anlage mit einer Druckgasquellc verbunden, mittels Sattdampf zu ermöglichen, ohne daß es zu gedie dafür sorgt, daß der Flüssigkeit im Behälter stets der 50 fährlichen spontanen Kondensationserscheinungen erforderliche Druck aufgelastet wird. Als Druckgas bzw. gefährlichen Wasserschlägen kommen kann,
dient aus Sicherheitsgründen Stickstoff. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Die Verwendung von Stickstoff zur Druckauflastung Merkmale des Anspruches 1 gelöst Vorteilhafte Weierscheint bei ausgedehnten Industrieanlagen aufwendig, terbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen da sich einerseits der Stickstoff im Wasser, das Vorzugs- 55 zu entnehmen.

weise als Flüssigkeit verwendet wird, bis zur Sättigung Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird mittels eines

löst und andererseits wegen der zwangsläufig vorhan- Schwimmköi pers eine Scheibe bzw. Ringscheibe mit

denen Leckagen dauernd Stickstoff in beträchtlichem Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit, z. B. Wasser,

Umfang verbraucht wird. Es besieht deshalb bei V/asser stets in geringem Abstand, d. h. einem Abstand von etwa

oder anderen Flüssigkeiten, die oberhalb ihres Siede- 60 5 bis 20 cm, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels gehalten,

punktes bei Normaldruck eingesetzt werden, der Bei Pegeländerungen führt der Schwimmkörper diese

Wunsch, die Druckauflastung ausschließlich durch Was- Scheibe automatisch mit Hierdurch wird selbst bei ver-

serdampf bzw. Dampf der betreffenden Flüssigkeit vor- hältnismäßig raschen Pegeländerungen eine stabilisie-

zunehmen. Insbesondere steht bei Anlagen dieser Art rende Wirkung auf die Ausbildung des Flüssigkeitsspie-

im Heizkessel der Anlage sowieso eine Dampfquelle zur es gels und damit auf die Grenzfläche zwischen Sattdampf

Verfügung, die zur Druckauflastung herangezogen wer- und Flüssigkeit erzielt, so daß es nicht mehr zu gcfährli-

den kann. chen spontanen Kondensationserscheinungen kommen

Hierbei treten aber SDezielle Probleme auf, die durch kann. Wesentlich erscheint hierbei, daß der Auftrieb des