DE4315864A1 - Anordnung zum Wärmeaustausch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Wärmeaustausch gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung zählt durch die DE-AS 12 41 852 zum Stand der Technik. Hierbei strömt Dampf aus einer Turbine durch eine Abdampfleitung in einen Einspritzkon­ densator, in welchem der Dampf mittels Einspritzwasser kondensiert wird. Das Kondensat wird dann zusammen mit Kühlwasser durch eine dem Einspritzkondensator nachge­ schaltete Umwälzpumpe in eine Luftkühlanlage gedrückt. Die Luftkühlanlage besteht aus einer größeren Anzahl von Rippenrohrbündeln, die jeweils so zu Elementenpaaren zu­ sammengefaßt sind, daß das zu kühlende Wasser bodenseitig in ein Element eintritt, am oberen Ende umgelenkt wird, durch das parallele Element abwärts strömt und von hier aus abfließt. Das gekühlte Wasser strömt dann über eine Entspannungsturbine wieder den Einspritzdüsen des Ein­ spritzkondensators zu.

Von den an den höchsten Stellen befindlichen Umkehrsamm­ lern der Elementenpaare führen Verbindungsleitungen zu einem höher gelegenen Niveaugefäß. Dies dient zur Niveau­ regulierung des Wasserstands in den Rippenrohrbündeln. Im obersten Punkt des Niveaugefäßes ist eine Gasausgleichs­ leitung angeschlossen, die zu einem Wassertank führt, der geodätisch tiefer als die Luftkühlanlage angeordnet ist. Der Wassertank ist an eine Stickstoffquelle angeschlossen und steht ständig unter einem Stickstoffdruck, der ge­ ringfügig über dem Atmosphärendruck liegt.

An die Zulauf- und Ablaufleitungen der Elementenpaare sind Leitungen mit Entleerungsarmaturen angeschlossen. Wassertankseitig der Entleerungsarmaturen befindet sich eine bodenseitig in den Wassertank mündende Stichleitung mit einem darin eingegliederten Absperrorgan.

Der Wassertank wird im Beischluß betrieben. Dadurch ist die gesondert absperrbare Gasausgleichsleitung mit dem Niveaugefäß erforderlich. Da das zu kühlende Wasser im Niveaugefäß ruht und von der Strömung nicht berührt wird, ist eine äußere Isolierung und Beheizung vorzusehen. Auch der Wassertank muß gesondert geheizt werden, um die ent­ leerte Luftkühlanlage im Winter sicher befüllen zu kön­ nen. Des weiteren soll an der geodätisch höchsten Stelle der Luftkühlanlage ein Inertgasdruck von lediglich 0,02 bis 0,2 Atmosphären über dem Außenluftdruck herrschen. Damit steht ein sehr geringer Druck zur Überwindung des Druckverlustes in den Elementen der Elementenpaare zur Verfügung, in denen das Kühlwasser abwärts strömt. Das Kühlwasser passiert beinahe im freien Lauf diese Ele­ mente. Um eine ausreichende Wassermenge im Kreislauf hal­ ten zu können, sind folglich überdurchschnittlich große Querschnitte für die Rippenrohre der Elemente erforder­ lich.

Die Maßnahmen zur Frost- und Korrosionssicherung gemäß der DE-AS 12 41 852 sind an periodisch betriebenen auto­ matisierten Anlagen nicht geeignet. Solche Anlagen werden daher mit einem frostsicheren Medium betrieben. Frost­ schutz besteht aber nur bis zu dem mit dem Mischungsver­ hältnis speziell eingestellten Gefrierpunkt. Da die frostsicheren Medien im Vergleich zum idealen Wärmeträger Wasser bedeutend schlechtere Stoffkennwerte besitzen, ist mit ihrem Einsatz eine ständig bedeutend höhere Umwälz­ menge verbunden, um die gewünschte Kühlzonenbreite an der jeweiligen Anlage einhalten zu können. Darüber hinaus ist die Wärmeübertragungsfläche größer auszulegen. Derartige Anlagen sind mithin durch hohe Betriebskosten gekenn­ zeichnet.

Häufig sind die frostsicheren Medien für sich äußerst korrosiv. Sie dürfen daher nur gemeinsam mit Korrosions­ schutzinhibitoren eingesetzt werden. Ferner werden frost­ sichere Medien allgemein als Wasserschadstoffe einge­ stuft. Es ist deshalb mit Auffang- und Entleerungssyste­ men zu verhindern, daß diese Medien in die Erdböden oder in die Kanalisation gelangen. Des weiteren unterliegen die Medien einem Alterungsprozeß. Verbrauchte Kühlmedien sind regelmäßig auszutauschen und zu entsorgen. Damit sind aber die Vorteile frostsicherer Medien erkennbar in Frage gestellt.

Der Erfindung liegt ausgehend von den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen die Aufgabe zu­ grunde, eine solche Anordnung dahingehend zu verbessern, daß die Nachteile frostsicherer Medien vermieden und mit ständiger Einsatzbereitschaft ein einfacher wartungsarmer periodischer Betrieb bei niedrigen Betriebskosten und je­ der Außentemperatur gewährleistet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufge­ führten Merkmalen.

Die Erfindung erlaubt es, sowohl zum Volumenausgleich als auch zur Entleerung des Wärmeübertragers einen Aufnahme­ behälter mit einem Inertgaspolster einsetzen zu können. Dabei ist es möglich, den idealen Wärmeträger Wasser ohne jegliche Zusätze zu verwenden. Eine Umweltgefährdung bei evtl. Leckagen kann folglich nicht auftreten. Auch sind keine besonderen Entleerungs- und Auffangsysteme notwen­ dig. Die Lebensdauer des Wärmeträgers wird nicht einge­ schränkt. Entsorgungskosten fallen nicht an.

Aufgrund des problemlosen Wärmeträgers ist auch keine hö­ here als die notwendige Umwälzmenge erforderlich. Dadurch wird weniger Elektroenergie zum Antrieb der Umwälzpumpe benötigt.

Von Bedeutung ist es im Rahmen der Erfindung darüber hinaus, daß im Wärmeübertrager nicht nur eine Kühlung ei­ nes frostgefährdeten flüssigen Wärmeträgers, wie insbe­ sondere Wasser, erfolgen kann, und zwar z. B. durch Luft oder durch ein anderes Rückkühlmittel, sondern daß es jetzt auch möglich ist, einen im Wärmeaustauschbereich gekühlten Wärmeträger im Wärmeübertrager zu erwärmen. Dies erscheint insbesondere dann zweckmäßig und sinnvoll, wenn es sich bei dem Wärmeübertrager um eine insbesondere auf einem oder an einem Gebäude installierte Kollektoran­ lage handelt, in welcher der Wärmeträger temperiert und der erwärmte Wärmeträger letztlich im Wärmeaustauschbe­ reich z. B. zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser herangezogen werden kann.

Die Erfindung läßt es ferner zu, den mit dem Inertgasraum des Aufnahmebehälters verbundenen Gasabscheider als einen nach dem Fliehkraft-, Gravitations- oder Adsorptionsprin­ zip arbeitenden Apparat zu gestalten.

Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung möglich, je­ dem Wärmeübertrager oder einer Gruppe von Wärmeübertra­ gern jeweils einen gesonderten Aufnahmebehälter zuzuord­ nen. Ferner ist es denkbar, zwei oder mehrere Wärmeüber­ trager bzw. zwei oder mehrere Gruppen von Wärmeübertra­ gern an einen einzigen Aufnahmebehälter anzuschließen. Hierfür sind nur entsprechende Überführungsleitungen zu installieren.

Die Verbindung des Inertgasraums mit dem Ablaufstrang nur über eine Kommunikationsöffnung verhindert vorteilhaft, daß größere Mengen des Wärmeträgers aus dem Ablaufstrang in den oberen Bereich des Aufnahmebehälters eintreten und sich so mit dem Inertgas anreichern können. Der Wärmeträ­ ger wird vielmehr gezielt über das Ende des Ablaufstrangs bodenseitig in den Aufnahmebehälter überführt.

Während des normalen Kühlbetriebs durchströmt der Wärme­ träger eingängig oder zweigängig den oder die Wärmeüber­ trager und verhindert, daß Inertgas aus dem Aufnahmebe­ hälter in den Wärmeübertrager eindringen kann. Bevor der Wärmeträger zum Wärmeaustauschbereich überführt wird, durchströmt er den Gasabscheider. Hierdurch kann kein Inertgas in den Kreislauf eingeschleppt werden. Eine Füllstandsüberwachung im Aufnahmebehälter steuert die Nachspeisung des Wärmeträgers. Außerdem ist dafür Sorge getragen, daß von der Inertgasquelle aus ein gleichmäßi­ ger Innendruck im Wärmeaustauschsystem, insbesondere im Aufnahmebehälter, sichergestellt wird.

Zur Außerbetriebnahme der Anordnung wird zunächst die Um­ wälzpumpe abgestellt. Danach wird das Absperrorgan in der Stichleitung geöffnet, so daß das Inertgas, z. B. Stick­ stoff, selbständig aus dem Aufnahmebehälter über den Ab­ laufstrang in den Wärmeübertrager strömen kann. Der Wär­ meträger fließt aus den über dem Erdboden liegenden Tei­ len des Wärmeübertragers über die Stichleitung in den Aufnahmebehälter. Da der Aufnahmebehälter frostsicher an­ geordnet ist, besteht auch bei stärkstem Frost keine Ge­ fahr für das Wärmeaustauschsystem. Das Inertgas verhin­ dert jegliche Korrosion in diesem.

Zum Warmfahren der Anordnung wird das Absperrorgan im Zu­ laufstrang der zwischen dem Wärmeaustauschbereich und dem Wärmeübertrager liegenden Überführungsleitung geschlos­ sen. Das Absperrorgan in der Stichleitung bleibt offen. Durch Inbetriebnahme der Umwälzpumpe wird nun der Wärme­ träger so lange im Kreislauf zwischen dem Wärmeaustausch­ bereich und dem Aufnahmebehälter unter Ausschluß des Wär­ meübertragers gehalten, bis eine ausreichende Temperatur erreicht ist. Die temperaturbedingte Ausdehnung des Wär­ meträgers wird durch das Inertgaspolster im Aufnahmebe­ hälter und im Wärmeübertrager kompensiert.

Die Wiederbefüllung der Anordnung erfolgt, wenn der Wär­ meträger eine ausreichende Temperatur erreicht hat. Dann wird das Absperrorgan in der Stichleitung geschlossen und mit einer bestimmten Überschneidung das Absperrorgan im Zulaufstrang zum Wärmeübertrager geöffnet. Der Wärmeträ­ ger verdrängt dann das Inertgas aus dem Wärmeübertrager zurück über den Ablaufstrang in den Aufnahmebehälter.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 kann der Gasab­ scheider in den Aufnahmebehälter integriert sein.

Nach Patentanspruch 3 ist es aber auch möglich, den Gas­ abscheider in dem Leitungsstrang der Überführungsleitung zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Wärmeaustauschbe­ reich vorzusehen.

Die Umwälzpumpe wird sinnvollerweise so angeordnet, daß jederzeit die Förderung des Wärmeträgers gewährleistet ist. Die Umwälzpumpe kann entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 4 z. B. in dem Leitungsstrang der Überführungsleitung zwischen dem Gasabscheider und dem Wärmeaustauschbereich angeordnet sein.

Vorstellbar ist es nach Patentanspruch 5 aber auch, daß die Umwälzpumpe in dem Leitungsstrang der Überführungs­ leitung zwischen dem Wärmeaustauschbereich und dem in den Zulaufstrang zum Wärmeübertrager eingegliederten Absperr­ organ vorgesehen ist.

Nach Patentanspruch 6 ist es denkbar, das Absperrorgan im Zulaufstrang und das Absperrorgan in der Stichleitung baulich zu vereinigen.

Die frostsichere Anordnung des Aufnahmebehälters und der Stichleitung kann in der Praxis in verschiedenartiger Weise verwirklicht werden.

So ist es gemäß Patentanspruch 7 möglich, den Aufnahmebe­ hälter und die Stichleitung in den Erdboden unterhalb der Frostgrenze einzubetten.

Eine andere Anordnungsmöglichkeit besteht in den Merkma­ len des Patentanspruchs 8. Danach werden der Aufnahmebe­ hälter und die Stichleitung in einem Gebäude angeordnet, welches sich in der Nähe des Wärmeübertragers befindet. Hierbei kann es sich insbesondere um ein beheizbares Ge­ bäude handeln.

Entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 9 ist es aber auch möglich, den Aufnahmebehälter und die Stichlei­ tung zu isolieren und zu beheizen. In diesem Fall ist es dann nicht unbedingt notwendig, den Aufnahmebehälter und die Stichleitung entweder in den Erdboden unterhalb der Frostgrenze einzubetten oder sie in ein beheizbares Ge­ bäude zu verlagern.

Die Überführung des aus dem Wärmeübertrager ablaufenden Wärmeträgers in den Aufnahmebehälter kann unterschiedlich durchgeführt werden.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10 durchsetzt der Endbereich des Ablaufstrangs den Aufnahmebehälter verti­ kal so weit, daß die Mündung des Ablaufstrangs im Boden­ bereich liegt. Unmittelbar nach dem Eintritt des Ablauf­ strangs in den Aufnahmebehälter ist im Ablaufstrang die Kommunikationsöffnung vorgesehen, welche mit dem oberen Bereich des Inertgasraums in Verbindung steht.

Eine weitere Ausführungsform wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gesehen. Danach ist der Endabschnitt des Ablaufstrangs am Aufnahmebehälter seitlich vorbei bis etwa in Höhe des Bodenbereichs geführt. Hier knickt der Ablaufstrang ab und mündet in den Aufnahmebehälter. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die Kommunikations­ öffnung am Ende einer Querleitung, die vom Ablaufstrang abzweigt und sich in den oberen Bereich des Inertgasraums erstreckt.

Bei der Ausführungsform gemäß den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 12 ist in die Querleitung eine Rückschlag­ armatur eingegliedert, welche gegen die Strömungsrichtung des Wärmeträgers öffnet. Die beispielsweise als Rück­ schlagklappe gestaltete Rückschlagarmatur soll ebenfalls gewährleisten, daß kein Wärmeträger aus dem Ablaufstrang über die Kommunikationsöffnung in den Inertgasraum des Aufnahmebehälters eintreten kann.

Um die Funktion der Kommunikationsöffnung noch mehr zu verbessern, ist nach Patentanspruch 13 der Querschnitt der Kommunikationsöffnung kleiner als der Strömungsquer­ schnitt des Ablaufstrangs bemessen.

Nach Patentanspruch 14 kann der Aufnahmebehälter als lie­ gender Zylinder ausgebildet sein.

Eine andere Ausführungsform sehen die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 15 vor. Hiernach ist der Aufnahmebehälter als stehender Zylinder ausgebildet. Hiermit wird eine möglichst kleine Kontaktfläche des Wärmeträgers mit dem Inertgaspolster angestrebt.

Auch die Ausführungsform gemäß Patentanspruch 16 trägt diesem Ziel vorteilhaft Rechnung.

Sowohl in der Bauart als stehender Zylinder als auch bei einem kegelförmigen Aufnahmebehälter wird dieser gemäß Patentanspruch 17 bei tangentialer Einmündung des Ablauf­ strangs in den unteren Höhenbereich gleichzeitig zu einem Abscheider. Der eintretende Wärmeträger zirkuliert näm­ lich durch Fliehkraft an der Behälterwand entlang, so daß mitgeführtes Inertgas sich in der Mitte des sich bilden­ den Strudels sammeln und hier in den Inertgasraum auf­ steigen kann.

Die Abdeckung gemäß Patentanspruch 18 dient ebenfalls der Verringerung der Kontaktfläche zwischen dem Wärmeträger und dem Inertgaspolster im Inertgasraum des Aufnahmebehälters. Die Abdeckung kann aus einer schwimm­ fähigen nicht mischbaren und umweltverträglichen Flüssig­ keit bestehen. Sie kann aber auch aus schwimmfähigen was­ serabweisenden Feststoffteilchen, z. B. insbesondere ku­ gelförmigem Kunststoffmaterial oder Kork, gebildet sein.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im schematischen vertikalen Querschnitt eine Anordnung zum Wärmeaustausch und

Fig. 2 bis 5 einen Aufnahmebehälter der Anordnung gemäß Fig. 1 in mehreren Ausführungsformen und An­ schlußarten.

Mit 1 ist in der Fig. 1 eine Anordnung zum Wärmeaus­ tausch bezeichnet. Hierbei wird in einem Wärmeaustausch­ bereich 2 ein frostgefährdeter flüssiger Wärmeträger in Form von Wasser erwärmt.

Das im Wärmeaustauschbereich 2 erwärmte Wasser wird durch eine Überführungsleitung 3 einem Wärmeübertrager 4 zuge­ leitet, der als aufgeständerter eingängiger Trockenluft­ kühler in Dachbauform mit nicht näher veranschaulichten Rippenrohren ausgebildet ist. Dem Wärmeübertrager 4 ist ein Ventilator 5 zugeordnet, der Kühlluft ansaugt und nach oben durch den Wärmeübertrager 4 drückt. Die Rippen­ rohre können innenseitig mit Turbulatoren zur Erhöhung des Wärmeübergangs ausgerüstet sein.

Der Motor 6 des Ventilators 5 ist über eine Steuerleitung 7 mit einer Steuerung 8 verbunden, die in einem Gebäude 9 vorgesehen ist.

In einen Zulaufstrang 10 der den Wärmeaustauschbereich 2 mit dem Wärmeübertrager 4 verbindenden Überführungslei­ tung 3 ist ein Absperrorgan 11 eingegliedert. Das Ab­ sperrorgan 11 besitzt einen Verstellmotor 12, der über eine Steuerleitung 13 an die den vollautomatischen Be­ trieb der Anordnung 1 sicherstellende, mit einer nicht näher dargestellten Zentrale verbundene Steuerung 8 ange­ schlossen ist.

Das zu kühlende Wasser durchströmt den Wärmeübertrager 4 einsträngig von unten nach oben und gelangt nach seiner Wärmeabgabe über einen Ablaufstrang 14 als Bestandteil einer den Wärmeübertrager 4 mit dem Wärmeaustauschbereich 2 verbindenden Überführungsleitung 15 zu einem Aufnahme­ behälter 16. Der Aufnahmebehälter 16 ist in den Erdboden 17 unterhalb der Frostgrenze FG eingebettet. In den Ab­ laufstrang 14 ist ein Füllstandssensor 18 eingegliedert, der über eine Steuerleitung 19 mit der Steuerung 8 ver­ bunden ist. Ferner ist in die Überführungsleitung 3 vor dem Absperrorgan 11 ein Füllstandssensor 20 eingeglie­ dert, der über eine Steuerleitung 21 mit der Steuerung 8 verbunden ist. Im Aufnahmebehälter 16 befindet sich eine Füllstandsüberwachung 22, die über eine Steuerleitung 23 an die Steuerung 8 angeschlossen ist.

Ferner ist zu sehen, daß im Aufnahmebehälter 16 ein Tem­ peratursensor 24 angeordnet ist, der über eine Steuerlei­ tung 25 mit der Steuerung 8 gekoppelt ist.

Der Ablaufstrang 14 mündet bodenseitig in den Aufnahmebe­ hälter 16. Außerdem befindet sich im Ablaufstrang 14 un­ mittelbar nach seinem Eintritt in den Aufnahmebehälter 16 eine Kommunikationsöffnung 26, die mit dem oberhalb des sich im Aufnahmebehälter 16 befindenden Wassers 27 ange­ ordneten Inertgasraum 28 verbunden ist.

Darüber hinaus ist der Fig. 1 zu entnehmen, daß eine frostsicher verlegte Stichleitung 29 im Bodenbereich des Aufnahmebehälters 16 mündet. Die mit einem Gefälle in Richtung zum Aufnahmebehälter 16 verlegte Stichleitung 29 ist mit einem Absperrorgan 30 versehen und in Strömungs­ richtung vor dem in den Zulaufstrang 10 integrierten Ab­ sperrorgan 11 an die Überführungsleitung 3 angeschlossen. Das Absperrorgan 30 in der Stichleitung 29 besitzt einen Verstellmotor 31, der über eine Steuerleitung 32 an die Steuerung 8 angeschlossen ist.

In den Aufnahmebehälter 16 ist ein Gasabscheider 33 inte­ griert. Das aus dem Aufnahmebehälter 16 tretende Wasser 27 muß vorher über diesen Gasabscheider 33 strömen und gelangt dann in einen Leitungsstrang 34 der Überführungs­ leitung 15, welcher den Gasabscheider 33 mit dem Wärme­ austauschbereich 2 verbindet. Der Gasabscheider 33 steht mit dem Inertgasraum 28 in Verbindung. In den Leitungs­ strang 34 ist die das Wasser 27 im Kreislauf haltende Um­ wälzpumpe 35 angeordnet. Der Motor 36 der Umwälzpumpe 35 ist über eine Steuerleitung 37 an die Steuerung 8 ange­ schlossen.

Des weiteren ist in den Leitungsstrang 34 zwischen der Um­ wälzpumpe 35 und dem Wärmeaustauschbereich 2 ein Tempera­ tursensor 38 eingegliedert, der über eine Steuerleitung 39 an die Steuerung 8 angeschlossen ist. Ein weiterer Temperatursensor 40 befindet sich in dem Leitungsstrang 41 der Überführungsleitung 3 zwischen dem Wärmeaustausch­ bereich 2 und dem Absperrorgan 11 in dem Zulaufstrang 10. Der Temperatursensor 40 ist über eine Steuerleitung 42 an die Steuerung 8 angeschlossen.

Die Umwälzpumpe 35 ist wie ersichtlich in dem Gebäude 9 untergebracht, in welchem sich die Steuerung 8 befindet. Außerdem ist in diesem Gebäude 9 eine Inertgasquelle 43 vorgesehen. An der Inertgasquelle 43 befindet sich in ei­ ner Gasleitung 44 eine Drucküberwachung 45, die über eine Leitung 46 mit der Steuerung 8 verbunden ist. Die Inert­ gasquelle 43 besteht beispielsweise aus einer austausch­ baren Stickstoffflasche.

Während des normalen Kühlbetriebs durchströmt das Wasser den Wärmeübertrager 4 von unten nach oben und verhindert, daß das Inertgas aus dem Inertgasraum 28 im Aufnahmebe­ hälter 16 über den Ablaufstrang 14 in den Wärmeübertrager 4 eindringen kann. Das Absperrorgan 30 in der Stichlei­ tung 29 ist hierbei geschlossen.

Das über den Ablaufstrang 14 in den Aufnahmebehälter 16 eintretende Wasser 27 muß vor dem Verlassen des Aufnahme­ behälters 16 den Gasabscheider 33 durchströmen. Hiermit wird verhindert, daß Inertgas in das Kühlsystem ver­ schleppt wird.

Die Füllstandsüberwachung 22 im Aufnahmebehälter 16 steu­ ert hierbei die Nachspeisung des Wassers 27 und kontrol­ liert sowie vergleicht den Füllstand mit dem jeweiligen Betriebszustand der Kühlanordnung 1.

Über die Inertgasdruckleitung 44 sowie die Drucküberwa­ chung 45 wird ein gleichmäßiger Innendruck in der Kühlan­ ordnung 1 gewährleistet.

Soll die Kühlanordnung 1 außer Betrieb genommen werden, so wird zunächst die Umwälzpumpe 35 stillgesetzt. An­ schließend wird das Absperrorgan 30 in der Stichleitung 29 geöffnet, so daß das Inertgas selbständig aus dem Auf­ nahmebehälter 16 durch die Kommunikationsöffnung 26 in den Ablaufstrang 14 und weiter von oben in den Wärmeüber­ trager 4 eindringen kann. Das Wasser 27 strömt dann aus dem Wärmeübertrager 4 über die Stichleitung 29 in den Aufnahmebehälter 16.

Soll die Anordnung 1 zum Wärmeaustausch, insbesondere während der kälteren Jahreszeit, wieder in Betrieb genom­ men werden, so ist es zweckmäßig, zunächst eine Tempera­ turerhöhung des Wassers 27 herbeizuführen. Zu diesem Zweck wird das Absperrorgan 11 in dem Zulaufstrang 10 zum Wärmeübertrager 4 geschlossen. Nach Inbetriebsetzen der Umwälzpumpe 35 erfolgt ein Kreislauf des Wassers 27 aus dem Wärmeaustauschbereich 2 über den Leitungsstrang 41, das Absperrorgan 30, die Stichleitung 29, den Aufnahmebe­ hälter 16 und den Leitungsstrang 15 zum Wärmeaustauschbe­ reich 2 zurück. Die Ausdehnung des Wassers 27 durch die Temperaturerhöhung wird durch das Stickstoffpolster im Inertgasraum 28 des Aufnahmebehälters 16 und im Wärme­ übertrager 4 kompensiert.

Nachdem das Wasser 27 eine ausreichende Temperatur er­ reicht hat, wird das Absperrorgan 30 in der Stichleitung 29 geschlossen und mit einer gewissen Überschneidung das Absperrorgan 11 im Zulaufstrang 10 geöffnet. Das über den Zulaufstrang 10 von unten in den Wärmeübertrager 4 ein­ strömende Wasser 27 verdrängt dann das Inertgas aus dem Wärmeübertrager 4 über den Ablaufstrang 14 und die Kommu­ nikationsöffnung 26 in den Aufnahmebehälter 16. Danach wird der normale Kühlbetrieb fortgesetzt. Wie aus der Fi­ gur 1 erkennbar bezieht die Steuerung 8 zur Frostschutz­ sicherung die Absperrarmaturen 11, 30 im Zulaufstrang 10 und in der Stichleitung 29, die Umwälzpumpe 35 und den Ventilator 5 - ggf. drehzahlgeregelt - ein.

Die Füllstandssensoren 20 in der Überführungsleitung 3 vor dem Absperrorgan 11 und 18 im Ablaufstrang 14 vor dem Aufnahmebehälter 16 überwachen die Funktionsweise der selbsttätigen Entleerung.

Die Füllstandsüberwachung 22 im Aufnahmebehälter 16 steu­ ert die Nachspeisung von Wasser, kontrolliert und ver­ gleicht den Füllstand mit dem jeweiligen Betriebszustand der Anordnung 1 zum Wärmeaustausch.

Der Temperatursensor 24 im Aufnahmebehälter 16 dient als Sicherheitsorgan zur Überwachung der Frostfreiheit der Wärmeaustauschanordnung 1.

Mit dem Temperatursensor 38 in dem Leitungsstrang 34 zwi­ schen der Umwälzpumpe 35 und dem Wärmeaustauschbereich 2 wird die Funktionsweise des Wärmeübertragers 4 überwacht und ggf. die Drehzahl des Ventilators 5 geregelt. Mit dem Temperatursensor 40 in dem Leitungsstrang 41 der Überfüh­ rungsleitung 3 zwischen dem Wärmeaustauschbereich 2 und dem Absperrorgan 11 im Zulaufstrang 10 wird ggf. die Drehzahl der Umwälzpumpe 35 geregelt.

Bei Wiederinbetriebnahme der Anordnung 1 zum Wärmeaus­ tausch ist die Temperatur in dem zum Wärmeaustauschbe­ reich 2 führenden Leitungsstrang 34 entscheidend für die Öffnung des Absperrorgans 11 im Zulaufstrang 10 und die Schließung des Absperrorgans 30 in der Stichleitung 29.

Durch die Überwachung des Systeminnendrucks mit dem Drucksensor 45 an der Inertgasquelle 43 ist eine sichere Zirkulation des Wassers 27 gewährleistet. Bei Unter­ schreitung des zulässigen Mindestdrucks wird ein Alarm zur Kontrolle der Inertgasquelle 43, ggf. zum Austausch der die Inertgasquelle 43 bildenden Stickstoffflasche ge­ geben.

In der Fig. 1 ist der Aufnahmebehälter 16 lediglich schematisch dargestellt. Es kann sich hierbei insbeson­ dere um einen liegenden Zylinder handeln.

Auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist der Aufnah­ mebehälter 16a als liegender Zylinder gestaltet. Der Ab­ laufstrang 14 durchsetzt den Aufnahmebehälter 16a verti­ kal über dessen gesamten Durchmesser und endet im Boden­ bereich. Die Stichleitung 29 ist an der Stirnseite 47 des Aufnahmebehälters 16a angeschlossen. Die Kommunikations­ öffnung 26a ist im Ablaufstrang 14 unmittelbar nach sei­ nem Eintritt in den Aufnahmebehälter 16a vorgesehen. Der Endabschnitt 50 des Ablaufstrangs 14 hat mehrere Aus­ trittsöffnungen unterhalb des Wasserspiegels. Auf dem Wasser schwimmt eine Abdeckung 49 aus wasserabweisenden kugelförmigen Kunststoffteilchen.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist bei der Ausführungsform der Fig. 2 der Gasabscheider 33a nicht in den Aufnahmebehälter 16a integriert. Er befindet sich vielmehr in dem Leitungsstrang 34 zwischen dem Auf­ nahmebehälter 16a und dem nicht näher dargestellten Wär­ meaustauschbereich 2. Allerdings ist zu sehen, daß der Gasabscheider 33a über eine Gasleitung 48 mit dem Inert­ gasraum im Aufnahmebehälter 16a verbunden ist.

Auch bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist der Aufnah­ mebehälter 16b als liegender Zylinder gestaltet. Es ist angenommen, daß der Gasabscheider 33b in den Aufnahmebe­ hälter 16b integriert ist. Der Leitungsstrang 34 führt zum nicht näher dargestellten Wärmeaustauschbereich 2. Ferner ist eine schwimmende Abdeckung 49 vorgesehen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Ablauf­ strang 14 an der Stirnseite 47 des Aufnahmebehälters 16b vorbei bis zum Bodenbereich geführt und hier an die Stichleitung 29 angeschlossen. Der gemeinsame Längenab­ schnitt 51 des Ablaufstrangs 14 und der Stichleitung 29 ist stirnseitig im Bodenbereich in den Aufnahmebehälter 16b hinein geführt. Der Endabschnitt 50 besitzt mehrere Austrittsöffnungen. Außerdem ist zu erkennen, daß der obere Bereich des Inertgasraums im Aufnahmebehälter 16b über eine Querleitung 52 an den Aufnahmestrang 14 ange­ schlossen ist. In diese Querleitung 52 ist eine Rück­ schlagklappe 53 eingegliedert, die gegen die Strömungs­ richtung des Wassers 27 schließt.

Anhand der Fig. 4 ist eine Ausführungsform veranschau­ licht, bei welcher der Aufnahmebehälter 16c als stehender Zylinder ausgebildet ist. Der Ablaufstrang 14 ist seit­ lich am Aufnahmebehälter 16c bis in den Bodenbereich vorbeigeführt. Der gemeinsame Längenabschnitt 51 des Ab­ laufstrangs 14 und der Stichleitung 29 mündet tangential oberhalb des Bodens 55 in den Aufnahmebehälters 16c, so daß der Aufnahmebehälter 16c gleichzeitig als Gasabschei­ der ausgebildet ist. Am Boden 55 ist auch der Anschluß für den zum Wärmeaustauschbereich 2 führenden Leitungs­ strang 34 vorgesehen. Im Aufnahmebehälter 16c ist eine schwimmende Abdeckung 49 angeordnet. Die mit dem Ab­ laufstrang 14 verbundene Querleitung 52 mündet in die Stirnseite 54 des Aufnahmebehälters 16c. Am Ende der Querleitung 52 ist eine Kommunikationsöffnung 26c vorge­ sehen.

Die Ausführungsform der Fig. 5 zeigt einen Aufnahmebe­ hälter 16d in Form eines Kegels mit der Spitze 56 nach unten weisend. Der Ablaufstrang 14 ist seitlich am Auf­ nahmebehälter 16d vorbeigeführt. Der gemeinsame Längenab­ schnitt 51 des Ablaufstrangs 14 und der Stichleitung 29 mündet tangential oberhalb der Spitze 56 des Aufnahmebe­ hälters 16d, so daß auch hier der Aufnahmebehälter 16d gleichzeitig als Gasabscheider ausgebildet ist. Der zum nicht näher dargestellten Wärmeaustauschbereich 2 füh­ rende Leitungsstrang 34 ist an der Spitze 56 des Aufnah­ mebehälters 16d angeschlossen. Im Aufnahmebehälter 16d ist eine schwimmende Abdeckung 49 angeordnet. Die mit dem Ablaufstrang 14 verbundene Querleitung 52 mündet in die Stirnseite 57 des Aufnahmebehälters 16d. Am Ende der Querleitung 52 ist die Kommunikationsöffnung 26d vorgese­ hen.

Selbstverständlich ist es denkbar, daß die Schaltungsan­ ordnungen der Fig. 2 und 3, welche hier bei Aufnahme­ behältern 16a, 16b in Form von liegenden Zylindern ver­ wirklicht sind, auch bei den Ausführungsformen der Figu­ ren 4 und 5 angewendet werden können.

Bezugszeichenliste

1 Anordnung
2 Wärmeaustauschbereich
3 Überführungsleitung
4 Wärmeübertrager
5 Ventilator
6 Motor v. 5
7 Steuerleitung v. 6
8 Steuerung
9 Gebäude
10 Zulaufstrang
11 Absperrorgan in 10
12 Verstellmotor v. 11
13 Steuerleitung v. 12
14 Ablaufstrang
15 Überführungsleitung
16 Aufnahmebehälter
16a Aufnahmebehälter
16b Aufnahmebehälter
16c Aufnahmebehälter
16d Aufnahmebehälter
17 Erdboden
18 Füllstandssensor in 14
19 Steuerleitung v. 18
20 Füllstandssensor in 3
21 Steuerleitung v. 20
22 Füllstandsüberwachung in 16
23 Steuerleitung v. 22
24 Temperatursensor in 16
25 Steuerleitung v. 24
26 Kommunikationsöffnung
26a Kommunikationsöffnung
26b Kommunikationsöffnung
26c Kommunikationsöffnung
26d Kommunikationsöffnung
27 Wasser
28 Inertgasraum
29 Stichleitung
30 Absperrorgan in 29
31 Verstellmotor v. 30
32 Steuerleitung v. 31
33 Gasabscheider
33a Gasabscheider
33b Gasabscheider
34 Leitungsstrang v. 15
35 Umwälzpumpe
36 Motor v. 35
37 Steuerleitung v. 36
38 Temperatursensor in 34
39 Steuerleitung v. 38
40 Temperatursensor in 41
41 Leitungsstrang v. 3
42 Steuerleitung v. 40
43 Inertgasquelle
44 Gasleitung
45 Drucküberwachung
46 Leitung v. 45 zu 8
47 Stirnseite v. 16a, 16b
48 Gasleitung
49 Abdeckung
50 Endabschnitt v. 14
51 Längenabschnitt v. 14 u. 29
52 Querleitung
53 Rückschlagklappe
54 Stirnseite v. 16c
55 Boden v. 16c
56 Spitze v. 16d
57 Stirnfläche v. 16d
FG Frostgrenze

Claims (18)

1. Anordnung zum Wärmeaustausch, die mindestens einen oberhalb des Erdbodens (17) vorgesehenen, von einem frostgefährdeten flüssigen Wärmeträger (27) durch­ strömten Wärmeübertrager (4), einen durch Überfüh­ rungsleitungen (3, 15) mit dem Wärmeübertrager (4) verbundenen, durch eine Wärmequelle oder durch eine Wärmesenke gebildeten Wärmeaustauschbereich (2), eine den Wärmeträger (27) im Kreislauf fördernde Umwälz­ pumpe (35) und mindestens einen an eine Inertgas­ quelle (43) angeschlossenen Aufnahmebehälter (16, 16a-16d) für den Wärmeträger (27) aufweist, der geo­ dätisch unterhalb des Wärmeübertragers (4) angeordnet und durch eine bodenseitig in den Aufnahmebehälter (16, 16a-16d) mündende Stichleitung (29) mit darin eingegliedertem Absperrorgan (30) an eine Überfüh­ rungsleitung (3) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (16, 16a-16d) gegen Einfrieren gesichert in die den Wärmeübertrager (4) mit dem Wärmeaustauschbereich (2) verbindende Überführungsleitung (15) eingegliedert ist, wobei ein Ablaufstrang (14) der Überführungslei­ tung (15) zwischen dem Wärmeübertrager (4) und dem Aufnahmebehälter (16, 16a-16d) bodenseitig im Aufnah­ mebehälter (16, 16a-16d) mündet und mit dem oberen Teil des Inertgasraums (28) im Aufnahmebehälter (16, 16a-16d) über eine Öffnung (26, 26a-26d) kommuni­ ziert, und daß die mit Gefälle in Richtung zum Auf­ nahmebehälter (16, 16a-16d) frostsicher verlegte Stichleitung (29) vor einem in einen Zulaufstrang (10) einer Überführungsleitung (3) zum Wärmeübertra­ ger (4) eingegliederten Absperrorgan (11) an den Zu­ laufstrang (10) angeschlossen ist, wobei ein von dem Wärmeträger (27) nach dem Verlassen des Wärmeübertra­ gers (4) durchströmter Gasabscheider (33, 33a, 33b) mit dem Inertgasraum (28) des Aufnahmebehälters (16, 16a-16d) verbunden ist.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheider (33, 33b) in den Aufnahmebehälter (16, 16b-16d) inte­ griert ist.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheider (33a) in dem Leitungsstrang (34) der Überführungslei­ tung (15) zwischen dem Aufnahmebehälter (16a) und dem Wärmeaustauschbereich (2) vorgesehen ist.

4. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (35) in dem Leitungsstrang (34) der Über­ führungsleitung (15) zwischen dem Gasabscheider (33, 33a, 33b) und dem Wärmeaustauschbereich (2) angeord­ net ist.

5. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (35) in dem Leitungsstrang (41) der Über­ führungsleitung (3) zwischen dem Wärmeaustauschbe­ reich (2) und dem in den Zulaufstrang (10) eingeglie­ derten Absperrorgan (11) vorgesehen ist.

6. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (11) im Zulaufstrang (10) und das Ab­ sperrorgan (30) in der Stichleitung (29) zusammenge­ fast sind.

7. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (16, 16a-16d) und die Stichleitung (29) im Erdboden (17) unterhalb der Frostgrenze (FG) angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter und die Stichleitung in einem in der Nähe des Wärmeübertragers (4) angeordneten Gebäude (9) gegen Einfrieren gesichert vorgesehen sind.

9. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter und die Stichleitung isoliert und beheizbar ausgeführt sind.

10. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaufstrang (14) der Überführungsleitung (15) den Aufnahmebehälter (16, 16a) vertikal durchsetzt, wobei die Kommunikationsöffnung (26, 26a) im oberen Bereich des Inertgasraums (28) vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaufstrang (14) der Überführungsleitung (5) seit­ lich im Bodenbereich in den Aufnahmebehälter (16b-16d) eintritt, wobei der obere Bereich des Inertgas­ raums (28) über eine Querleitung (52) an den Ablauf­ strang (14) angeschlossen ist und die Kommunikations­ öffnungen (26b-26d) am freien Ende der Querleitung (52) vorgesehen sind.

12. Anordnung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Querleitung (52) eine Rückschlagarmatur (53) eingegliedert ist.

13. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die im Inertgasraum (28) liegende Kommunikationsöffnung (26, 26a-26d) des Ablaufstrangs (14) einen Quer­ schnitt aufweist, der kleiner als der Strömungsquer­ schnitt des Ablaufstrangs (14) bemessen ist.

14. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (16, 16a, 16b) als liegender Zylin­ der ausgebildet ist.

15. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (16c) als stehender Zylinder ausge­ bildet ist.

16. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (16d) kegelförmig mit der Spitze (56) nach unten weisend ausgebildet ist.

17. Anordnung nach Patentanspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Längenabschnitt (51) des Ablaufstrangs (14) und der Stichleitung (29) tangential in den Auf­ nahmebehälter (16c, 16d) mündet.

18. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wärmeträger (27) im Aufnahmebehälter (16, 16a-16d) eine Abdeckung (49) schwimmt.