DE4305867A1 - Pressureless hot water storage tank for district heating system - has essentially horizontal radial conduits whose intersection with vertical duct is rounded and have smaller cross-section than adjacent duct parts - Google Patents

Pressureless hot water storage tank for district heating system - has essentially horizontal radial conduits whose intersection with vertical duct is rounded and have smaller cross-section than adjacent duct parts

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen drucklosen Heißwasserspeicher für Fernheizsysteme sowie ein Verfahren und eine Einrichtung zur Beibehaltung eines fast konstanten Überdrucks von über der Heißwasserschicht in einem drucklosen Heißwasserspeicher eines Fernheizsystems befindlichem Dampf oder Wasserdampf.
Drucklose Heißwasserspeicher für Fernheizsysteme sind be­ kannt. Diese Speicher enthalten einen verschlossenen Tank, in dem heißes und kaltes Wasser in zwei getrennten durch eine Zwischenschicht gespeicherten Schichten gespeichert wird, eine obere Leitvorrichtung zur Einleitung und Entnahme von heißem Wasser, wenigstens eine untere Leitvorrichtung zur Einleitung und Entnahme von kaltem Wasser, wobei bei Entnahme von heißem Wasser gleichzeitig kaltes Wasser zugeführt wird und umgekehrt, ein Rohr, das von einem Schwimmer getragen wird und zum Absaugen von heißem Wasser unmittelbar unter der Oberfläche der Heißwasserschicht dient, und eine zwischen der Heißwasserschicht und dem Tankdeckel montierte Wasserdich­ tung, bei denen die obere Leitvorrichtung, abgesehen von einem an ihr vorgesehenen Schwimmer mit der unteren Leitvor­ richtung identisch ist, die beiden Leitvorrichtungen einen im wesentlichen vertikalen und konischen Leitvorrichtungskanal, sowie eine generell horizontal zwischen zwei Endwandplatten begrenzte und mit dem Leitvorrichtungskanal an dessen den größten Querschnitt besitzenden Ende verbundene Radial-Leit­ vorrichtung enthalten und bei denen der Leitvorrichtungskanal an der oberen Leitvorrichtung unter der Radial-Leitvorrich­ tung und oberhalb der Radial-Leitvorrichtung an der unteren Leitvorrichtung angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drucklosen Heißwasserspeicher für Fernheiznetzwerke anzuge­ ben, indem die Leitvorrichtungen so aufgebaut sind, daß im Wasservolumen des Speichertanks die geringstmögliche Turbu­ lenz auftritt und daß eine dünne und stabile Trennschicht zwischen den Schichten heißen und kalten Wassers aufrechter­ halten wird, wenn heißes und kaltes Wasser mit maximaler Strömung über die Leitvorrichtungen in den Tank eingeleitet wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß hinsichtlich der Turbulenz kein Problem auftritt, wenn heißes und kaltes Wasser aus dem Tank entnommen wird.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen drucklosen Heißwasserspeicher für Fernheizsysteme anzugeben, bei dem im Raum über der Heißwasserschicht im Speicher kein Sauerstoff vorhanden ist und bei dem das Eindringen von Sauerstoff in diesen Raum verhindert wird, wenn heißes und kaltes Wasser in den Speicher eingefüllt und heißes und kaltes Wasser aus diesem entnommen wird. Das Vorhandensein von Sauerstoff in diesem Raum führt zur Korrosion der Stahl­ oberflächen des Tanks über der Heißwasserschicht.
Die erstgenannte Aufgabe ist bei einem erfindungsgemäßen Speicher folgendermaßen gelöst:
  • 1. Die Radial-Leitvorrichtung weist eine abgerundete Verbindung zwischen dem Leitvorrichtungskanal und der mit diesem verbundenen Endwandplatte auf. Dies ergibt ein symmetrischeres Geschwindigkeitsprofil des Wassers in der Leitvorrichtung, wenn heißes und kaltes Wasser in den Tank eingeleitet wird.
  • 2. Die Querschnittsfläche des dem Leitvorrichtungskanal am nächsten liegenden zentralen Teils der Radial- Leitvorrichtung ist kleiner als die Querschnittsfläche des damit verbundenen Teils des Leitvorrichtungskanals und die Querschnittsfläche des außen liegenden Um­ fangsteils der Radial-Leitvorrichtung nimmt in Rich­ tung vom zentralen Leitvorrichtungsteil zum Umfang der Leitvorrichtung zu. Dies führt zu einem lokalen Druck­ abfall, welcher in allen Radialrichtungen am gesamten Einlaßumfang gleich groß ist, und damit zu einer gleichförmigen Wasserverteilung in allen Horizontal­ richtungen bei Einleitung von heißem und kalten Wasser in den Tank.
  • 3. Die Radial-Leitvorrichtung ist an ihrem Umfang mit im wesentlichen parallelen Randplatten versehen. Diese Randplatten lenken in den Tank eintretendes heißes oder kaltes Wasser in eine Horizontalströmungsrichtung ab, woraus sich eine geringere Störung der Zwischen­ schicht ergibt.
  • 4. Die Endwandplatten besitzen die Form von Konusen mit großen spitzen Winkeln, Kugeln mit großen Radien oder einer Kombination mehrerer Konuse mit großen unter­ schiedlichen spitzen Winkeln, wobei die Mantelfläche bzw. die konvexen Kugelflächen einander zugekehrt sind. Dadurch erhalten die Endwandplatten eine größere Formbeständigkeit, wodurch bei Einleitung von heißem und kalten Wasser in den Tank die Gefahr einer exzen­ trischen Strömung reduziert wird.
Die zweite Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Speicher durch eine Einrichtung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein generell vertikales Innenrohr, ein zum Innenrohr konzentrisches Außenrohr und eine unter den Rohren und senkrecht zu diesen verlaufend montierte Prallplatte enthält, wobei das Innenrohr an seinem unteren Ende mit einer Düsenöffnung versehen ist. Mit dieser Einrichtung wird über der Heißwasserschicht vorhandener Wasserdampf im Speicher dadurch auf einem fast konstanten Überdruck gehalten, daß heißes Wasser und Wasserdampf mit hoher Geschwindigkeit getrennt in den Wasserdampf über der Heißwasserschicht einge­ leitet werden, das heiße Wasser und der Wasserdampf gemischt und das Wasser in kleine Tröpfchen zerlegt wird, wobei das heiße Wasser in einer im wesentlichen konstanten Strömung zugeführt und die Wasserdampfströmung in Abhängigkeit vom Druck des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfs eingestellt wird. Andererseits kann heißes Wasser aus der Heißwasserschicht und heißes Wasser mit einer gegenüber der Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasser­ dampfes höherer Temperatur gemischt, mit hoher Geschwindig­ keit in den über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampf eingeleitet und in kleine Tröpfchen zerlegt werden, wobei das heiße Wasser aus der Heißwasserschicht in einer im wesentlichen konstanten Strömung zugeführt wird, während die Strömung des heißen Wassers, dessen Temperatur größer als die Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfes ist, in Abhängigkeit vom Druck des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfes einge­ stellt wird. Andererseits kann auch heißes Wasser aus der Heißwasserschicht und heißes Wasser mit einer gegenüber der Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasser­ dampfs höherer Temperatur getrennt und mit hoher Geschwindig­ keit in den über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampf eingeleitet werden, miteinander gemischt und in kleine Tröpfchen zerlegt werden, wobei das heiße Wasser, dessen Temperatur größer als die Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfs ist, in einer im wesentlichen konstanten Strömung zugeführt wird, während die Strömung des heißen Wassers aus der Heißwasserschicht in Abhängigkeit vom Druck des über der Heißwasserschicht vorhan­ denen Wasserdampfes eingestellt wird.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß in allen drei Fällen oberhalb der Heißwasserschicht kleine Wasser­ tröpfchen erhalten werden, deren Temperatur in Abhängigkeit vom Druck des Wasserdampfes oberhalb der Heißwasserschicht durch Einstellung der Strömung des zugeführten heißen Was­ sers, dessen Temperatur größer als die Temperatur des Wasserdampfes ober­ halb der Heißwasserschicht ist, oder der Strömung des aus der Heißwasserschicht entnommenen heißen Wassers geändert werden kann. Auf diese Weise wird es möglich, die Temperatur der Wassertröpfchen im Wasserdampf bedarfsgemäß zu erhöhen oder zu erniedrigen, wobei eine Erhöhung der Temperatur zu einer Teilverdampfung der Wassertröpfchen und einer Erhöhung des Drucks des Wasserdampfs oberhalb der Heißwasserschicht führt, während eine Verringerung der Temperatur zu einer Teilkonden­ sation des Wasserdampfes oberhalb der Heißwasserschicht und einer Druckreduzierung des Wasserdampfs oberhalb der Heißwas­ serschicht führt.
Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß ein von Wasserdampf verschiedenes Gas, wie beispielsweise N2 oder CO2 zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Drucks über der Heißwasserschicht im Speicher verwendet werden kann. Die Verwendung der Gase N2 und CO2 erweist sich jedoch in technischer Hinsicht schwer steuerbar und ist unwirtschaft­ lich, so daß jedenfalls gegenwärtig nicht von Bedeutung ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Heißwas­ serspeichers für Fernheizsysteme;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine obere Leitvorrichtung in Speicher nach Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt einer unteren Leitvorrichtung im Speicher nach Fig. 1; und
Fig. 4 einen Längsschnitt einer Einrichtung zur Aufrecht­ erhaltung eines im wesentlichen konstanten Drucks von zwischen dem Deckel des Speichertanks und der Heißwasserschicht vorhandenem Dampf oder Wasser­ dampf.
Gemäß den Figuren der Zeichnung und insbesondere gemäß Fig. 1 umfaßt der Speicher in an sich bekannter Weise einen ver­ schlossenen Tank 1, in dem heißes und kaltes Wasser in zwei durch eine Zwischenschicht 6 getrennten Schichten 4 und 5 gespeichert wird, eine obere Leitvorrichtung 7 zur Einleitung und Entnahme von heißem Wasser, wenigstens eine untere Leit­ vorrichtung 8 zur Einleitung und Entnahme von kaltem Wasser, wobei bei Entnahme von heißem Wasser gleichzeitig kaltes Wasser zugeführt wird und umgekehrt, ein durch einen Schwim­ mer 18 getragenes Rohr 19 zum Absaugen von heißem Wasser unmittelbar unter der Oberfläche der Heißwasserschicht, sowie eine zwischen der Heißwasserschicht und dem Tankdeckel mon­ tierte Wasserdichtung, wobei die obere Leitvorrichtung abge­ sehen von einem an ihr vorgesehenen Schwimmer 9 mit der unteren Leitvorrichtung identisch ist, die beiden Leitvor­ richtung 7, 8 einen im wesentlichen vertikalen und konischen Leitvorrichtungskanal 10, sowie eine generell zwischen zwei Endwandplatten 11, 12 begrenzte und mit dem Leitvorrichtungs­ kanal an dessen den größten Querschnitt besitzenden Ende verbundene Radial-Leitvorrichtung c enthalten und wobei der Leitvorrichtungskanal an der oberen Leitvorrichtung unter der Radial-Leitvorrichtung und oberhalb der Radial-Leitvorrich­ tung an der unteren Leitvorrichtung angeordnet ist.
Gemäß den Fig. 2, 3 und 4 unterscheidet sich der erfin­ dungsgemäße Speicher vom bekannten drucklosen Heißwasserspei­ cher für Fernheiznetzwerke dadurch, daß die Radial- Leitvorrichtung c eine abgerundete Verbindung 13 zwischen dem Leitvorrichtungskanal 10 und der mit diesem verbundenen Endwandplatte 11 aufweist, daß die Querschnittsfläche des dem Leitvorrichtungskanal 10 am nächsten liegenden zentralen Teils 14 der Radial-Leitvorrichtung c kleiner als die Quer­ schnittsfläche des damit verbundenen Teils des Leitvorrich­ tungskanals ist und die Querschnittsfläche des außen liegenden Umfangsteils der Radial-Leitvorrichtung in Richtung vom zentralen Leitvorrichtungsteil zum Umfang der Leitvor­ richtung zunimmt, daß die Radial-Leitvorrichtung c an ihrem Umfang mit wenigstens einer Randplatte, vorzugsweise zwei überlagerten generell horizontalen Randplatten 16, 17 verse­ hen ist, daß die Endwandplatten die Form von Konusen mit großen spitzen Winkeln, Kugeln mit großen Radien oder einer Kombination mehrerer Konuse mit großen unterschiedlichen spitzen Winkeln besitzen, wobei die Mantelflächen, bzw. die konvexen Kugelflächen einander zugekehrt sind, das eine den zwischen der Heißwasserschicht 4 und dem Tankdeckel vorhande­ nem Dampf oder Wasserdampf auf im wesentlichen konstantem Überdruck von beispielsweise 500 Pa haltende Einrichtung e vorgesehen ist, welche ein generell vertikales Innenrohr 20, ein zum Innenrohr konzentrisches Außenrohr 27, sowie eine unter den Rohren montierte und zu diesen senkrecht verlaufen­ de Prallplatte 24 enthält, wobei das Innenrohr 20 an seinem unteren Ende mit einer Düsenöffnung 22 versehen ist, und daß die Wasserdichtung im Bereich der Einrichtung montiert ist.
Wird die Einrichtung e durch Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens benutzt, so leitet das mit der Düsen- bzw. Strahlöffnung versehene Innenrohr 20 heißes Wasser von der Heißwasserschicht 4 mit großer Geschwindigkeit auf die Prall­ platte 24, so daß auf dieser ein Wasserfilm gebildet wird. Das Außenrohr 27 leitet Wasserdampf oder Dampf mit großer Geschwindigkeit auf den Wasserfilm auf der Platte 24 und mischt ihn mit dem Wasser im Wasserfilm, wobei die Platte 24 den Mischwasserfilm an Ränder 25 der Platte führt und der Mischwasserfilm zur Bildung von kleinen Wassertropfen über die Ränder der Platte fließt. Heißes Wasser wird dabei mit ihm wesentlichen konstanter Strömung zugeführt, während die Strömung des Wasserdampfes in Abhängigkeit vom Druck des Dampfs oder Wasserdampfs über der Heißwasserschicht einge­ stellt wird. Andererseits kann das mit der Düsenöffnung versehene Innenrohr 20 heißes Wasser aus der Heißwasser­ schicht 4 und heißes Wasser, dessen Temperatur höher als die Temperatur des Dampfes oder Wasserdampfes oberhalb der Heiß­ wasserschicht ist, mit hoher Geschwindigkeit auf die Prall­ platte 24 zur Bildung eines Wasserfilms auf deren Oberfläche, wobei die Platte so ausgebildet ist, daß der Wasserfilm zu den Rändern 25 geleitet und zur Bildung von kleinen Wasser­ tropfen über diese fließt, wobei die Strömung des aus der Heißwasserschicht entnommenen heißen Wassers im wesentlichen konstant ist, während die Strömung des heißen Wassers, dessen Temperatur höher als die Temperatur des Dampfs oder Wasser­ dampfs über der Heißwasserschicht ist, in Abhängigkeit vom Druck des Dampfes oder Wasserdampfes über der Heißwasser­ schicht eingestellt wird. Andererseits kann das mit der vorgenannten Düsenöffnung versehene Innenrohr 20 auch heißes Wasser, dessen Temperatur höher als die Temperatur des Damp­ fes oder Wasserdampfes über der Heißwasserschicht 4 ist, mit großer Geschwindigkeit auf Prallplatte leiten, um auf dieser einen Wasserfilm zu bilden, während das Außenrohr 27 heißes Wasser aus der Heißwasserschicht mit großer Geschwindigkeit auf den Wasserfilm auf der Prallplatte leitet, so daß sich dieses Wasser mit dem Wasserfilm auf der Platte mischt, wobei die Platte 24 das heiße Wasser und den Heißwasserfilm zu ihren Rändern 25 leitet, das dann unter Bildung kleiner Wassertröpfchen über die Ränder fließt, wobei das heiße Wasser, dessen Temperatur höher als die Temperatur des Damp­ fes oder Wasserdampfes über der Heißwasserschicht ist, mit im wesentlichen konstanter Strömung zugeführt wird, während die Strömung des heißen Wassers aus der Heißwasserschicht in Abhängigkeit vom Druck des Dampfes oder Wasserdampfes über der Heißwasserschicht eingestellt wird.

Claims (3)

1. Druckloser Heißwasserspeicher für Fernheizsysteme mit einem einen Deckel (a) aufweisenden Tank (1), ihn dem heißes und kaltes Wasser in zwei durch eine Zwischen­ schicht (6) getrennten Schichten (4, 5) gespeichert wird, einer oberen Leitvorrichtung (7) zur Einleitung und Entnahme von heißem Wasser, wenigstens einer unteren Leitvorrichtung (8) zur Einleitung und Entnah­ me von kaltem Wasser, wobei bei Entnahme von heißem Wasser gleichzeitig kaltes Wasser zugeführt wird und umgekehrt, einem Rohr (19), das von einem Schwimmer (18) getragen wird, und zum Absaugen von heißem Wasser unmittelbar unter der Oberfläche der Heißwasserschicht dient, und mit einer zwischen der Heißwasserschicht und dem Tankdeckel montierten Wasserdichtung, bei dem die obere Leitvorrichtung abgesehen von einem an ihr vorgesehenen Schwimmer (9) mit der unteren Leitvor­ richtung identisch ist, die beiden Leitvorrichtungen (7, 8) einen im wesentlichen vertikalen und konischen Leitvorrichtungskanal (10) sowie eine generell hori­ zontal zwischen zwei Endwandplatten (11, 12) begrenzte und mit dem Leitvorrichtungskanal an dessen den größ­ ten Querschnitt besitzenden Ende verbundene Radial- Leitvorrichtung (c) enthalten und bei dem der Leitvor­ richtungskanal an der oberen Leitvorrichtung unter der Radial-Leitvorrichtung und oberhalb der Radial-Leit­ vorrichtung an der unteren Leitvorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Radial-Leitvorrichtung (c) eine abgerundete Verbindung (13) zwischen dem Leitvorrichtungskanal (10) und der mit diesem verbundenen Endwandplatte aufweist, daß die Querschnittsfläche des dem Leitvor­ richtungskanal (10) am nächsten liegenden zentralen Teils (14) der Radial-Leitvorrichtung (c) kleiner als die Querschnittsfläche des damit verbundenen Teils des Leitvorrichtungskanals ist und die Querschnittsfläche des außen liegenden Umfangsteils der Radial-Leitvor­ richtung in Richtung vom zentralen Leitvorrichtungs­ teil zum Umfang der Leitvorrichtung zunimmt, daß die Radial-Leitvorrichtung (c) an ihrem Umfang mit überla­ gerten generell horizontalen Randplatten (16, 17) versehen ist, daß die Endwandplatten (11, 12) die Form von Konusen mit großen spitzen Winkeln, Kugeln mit großen Radien oder einer Kombination mehrerer Konuse mit großen unterschiedlichen spitzen Winkeln besitzen, wobei die Mantelflächen bzw. die konvexen Kugelflächen einander zugekehrt sind, das eine den zwischen der Heißwasserschicht (4) und dem Tankdeckel (a) vorhande­ nen Dampf oder Wasserdampf auf im wesentlichen kon­ stanten Überdruck von beispielsweise 500 Pa haltende Einrichtung (e) vorgesehen ist, welche ein generell vertikales Innenrohr (20), ein zum Innenrohr konzen­ trisches Außenrohr (27) sowie eine unter den Rohren montierte und zu diesen senkrecht verlaufende Prall­ platte (24) enthält, wobei das Innenrohr (20) an seinem unteren Ende mit einer Düsenöffnung (22) verse­ hen ist, und daß die Wasserdichtung unter der Einrich­ tung (e) montiert ist.
2. Verfahren zur Beibehaltung eines fast konstanten Überdrucks von über der Heißwasserschicht in einem drucklosen Heißwasserspeicher eines Fernheizsystems befindlichem Dampf oder Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß heißes Wasser und Wasserdampf mit hoher Geschwin­ digkeit getrennt in den Wasserdampf über der Heißwas­ serschicht eingeleitet werden, daß das heiße Wasser und der Wasserdampf gemischt und das Wasser in kleine Tröpfchen zerlegt wird, wobei das heiße Wasser in einem im wesentlichen konstanten Strömung zugeführt und die Wasserdampfströmung in Abhängigkeit vom Druck des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasser­ dampfs eingestellt wird, oder heißes Wasser aus der Heißwasserschicht und heißes Wasser mit einer gegen­ über der Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfes höherer Temperatur gemischt werden, die Mischung mit hoher Geschwindigkeit in den über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampf eingeleitet und das Wasser in kleine Tröpfchen zerlegt wird, wobei das heiße Wasser aus der Heißwasserschicht in einer im wesentlichen konstanten Strömung zugeführt wird, während die Strömung des heißen Wassers, dessen Temperatur größer als die Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfes ist, in Abhängigkeit vom Druck des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfes eingestellt wird, oder heißes Wasser aus der Heißwasserschicht und heißes Wasser mit einer gegenüber der Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfes höherer Temperatur mit hoher Geschwindigkeit und getrennt in den über der Heißwasserschicht vorhandenen Dampf eingeleitet werden, das heiße Wasser gemischt und die Wassermischung in kleine Tröpfchen zerlegt wird, wobei das heiße Wasser, dessen Temperatur größer als die Temperatur des über der Heißwasserschicht vorhandenen Wasserdampfes ist, in einer im wesentlichen konstanten Strömung zugeführt wird, während die Strömung des heißen Wassers aus der Heißwasserschicht in Abhängig­ keit vom Druck des über der Heißwasserschicht vorhan­ denen Wasserdampfes eingestellt wird.
3. Einrichtung (e) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein generell vertikales Innenrohr (20), ein zum Innen­ rohr generell konzentrisches Außenrohr (27) und eine unter den Rohren (20, 27) senkrecht zu diesen montier­ te Prallplatte (24) und durch eine am Bodenende des Innenrohres (20) vorgesehene Düsenöffnung.
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