EP0000401B1 - Vorrichtung zum Übertragen von Heizwärme von einer Wärmequelle auf Verbraucherkreise - Google Patents

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EP0000401B1
EP0000401B1 EP78100405A EP78100405A EP0000401B1 EP 0000401 B1 EP0000401 B1 EP 0000401B1 EP 78100405 A EP78100405 A EP 78100405A EP 78100405 A EP78100405 A EP 78100405A EP 0000401 B1 EP0000401 B1 EP 0000401B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
heat
valve
transfer
primary circuit
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EP78100405A
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EP0000401A1 (de
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Istvan Majoros
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Individual
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/04—Hot-water central heating systems with the water under high pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • F24D10/003—Domestic delivery stations having a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D9/00—Central heating systems employing combinations of heat transfer fluids covered by two or more of groups F24D1/00 - F24D7/00
    • F24D9/02—Hot water and steam systems
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    • Y02B30/17—District heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • the invention relates to a device for transferring heat from a primary circuit having a heat source to secondary circuits, each provided with a regulator valve and flowing through consumers, via heat exchangers connected in series in the primary circuit.
  • a device of this type is known for example from FR-A 2 276 539.
  • the primary circuit consists of a one-pipe system, through which secondary consumers are applied to heat consumers via heat exchangers.
  • the heat exchangers are connected in series without additional throttling and control. For example, if the temperature in the primary circuit is 220 ° C, this temperature is also present in the secondary circuits when the heat consumption is low. However, such a high temperature corresponds to a pressure of approximately 23 to 24 ata, which is, however, not desirable in secondary circuits. The primary circuit and the secondary circuits are therefore not thermally separated.
  • the invention is intended to solve the problem of further developing the known device for transferring heating heat from a primary circuit having a heat source to consumers flowing through secondary circuits with the further features of the type described at the outset in such a way that not only hydraulic but also economic control of the working medium thermal separation of the primary and secondary circuits is also made possible.
  • This object is achieved in that between the primary circuit and each secondary circuit a heat transfer by means of steam transfer circuit is provided, which is connected on the primary side to the heat exchanger of the primary circuit and on the secondary side to a further heat exchanger and partially with a constant transmission medium controlled by a heat meter and temperature controller filled and monitored by a safety valve.
  • the temperature in these circuits can be regulated, for example, from 20 ° to approximately the primary circuit temperature (e.g. 500 ° C). Even if the transmission medium is a coolant, regulation can take place in the minimum temperature range.
  • the transfer circuit is evacuated and has a constant amount of water or transmission medium.
  • the constant amount of water or the transmission medium in the transfer circuit is dimensioned such that this volume can transfer the maximum heat output required in the secondary circuit from the heat exchanger of the primary circuit to the respective heat exchanger of the secondary circuit, the transfer taking place in vapor form.
  • This makes it possible to transfer the required heat without differential pressure with a small amount of water and a low water speed.
  • the heat meter, temperature controller and the safety valve can be selected according to the pressure and temperature conditions occurring in the transfer circuit, their load being correspondingly minimal.
  • the transfer circuit does not require any additional energy and the susceptibility to failure is only slight. There are also no noises caused by drives and valves, so that the heat transfer provided according to the invention is extremely economical.
  • the design is carried out so that the heat supply line of the district heating network is provided as the heat source, through which the series-connected heat exchangers of the primary circuits are acted upon in an unregulated manner with high-voltage district heating.
  • the amount of heat supplied to the heat exchangers of the primary circuits in succession is not regulated and may fluctuate as desired.
  • the flow resistance is constant and is practically identical to the flow resistance in the heat supply line of the district heating network, which is returned to the district heating plant by the last heat exchanger of the primary circuit.
  • Each primary-side heat exchanger is designed such that it can be switched off and is bridged by a lockable bypass line. Each primary circuit-side heat exchanger can therefore be easily replaced without interrupting the heat supply to the other primary circuit-side heat exchangers connected in series.
  • each secondary circuit-side heat exchanger of the transfer circuit is designed as a condenser, in the tubing of which the heat meter, the safety valve and the temperature controller are installed for the condensate drain in the flow direction.
  • the heat is therefore taken up from the primary circuit by the evaporator on the primary circuit side and is transferred as steam via the transfer circuit to the heat exchanger of the secondary circuit.
  • the evaporator of the heat exchanger on the primary circuit side removes the heat from the heat as required or depending on the temperature of the condensate in the transfer circuit lead of the district heating network and causes a drop in temperature.
  • a pipe coil is provided, both of which are arranged in series in the transfer circuit, the pipe coil in the heat exchanger on the primary circuit side being acted on by the district heating.
  • the temperature controller in the transfer circuit allows more or less condensate to flow into the primary circuit-side heat exchanger, in which it evaporates and enters the pipe coil of the heat exchanger designed as a condenser, whereupon the circuit starts again.
  • each primary circuit side and the secondary circuit side heat exchanger including the heat meter, safety valve and temperature controller of each transfer circuit are combined to form an aggregate in which the secondary circuit side heat exchanger or condenser is arranged above the primary circuit side heat exchanger.
  • a district heating plant 1 as a heat source is a pipeline 2, which is insulated in the usual way and laid below the surface of the earth, for the transport of high-tension district heating, e.g. in the form of superheated water, preferably through streets in which there are house or apartment units to be supplied with district heating, the house or apartment units concerned being connected in series to the pipe string 2.
  • the heat supply line 2 is returned to the district heating plant 1, so that the entire closed pipe line 2 also forms a primary circuit.
  • the heat supply line 2 is used in a simple and advantageous manner e.g. installed directly through the basement of the rows of houses, which can significantly reduce investment costs.
  • each house or living unit is assigned a heat exchanger 3 which is charged with the district heating and which lies with its high-pressure part in the primary circuit of the pipe string 2 supplying the district heating.
  • the low-pressure part of the heat exchanger 3 is formed, for example, by a coil, the ends of which are connected to the ends of a second coil, which forms part of a further heat exchanger 4 designed as a condenser, which is provided at a predetermined distance above the heat exchanger 3 arranged in the primary circuit 2 .
  • the coils of the two heat exchangers 3 and 4 and the pipelines connecting them form the transfer circuit 5 for the heat to the consumers, whereas the other part of the heat exchanger 4 which is designed as a condenser and contains the heating medium for the consumers in one of the consumers, e.g. Radiator, boiler and the like.
  • the heating medium secondary circuit 6.
  • a circulation pump 8 and a control valve 9 are arranged in the usual way in the secondary circuit 6.
  • a heat exchanger 3 with the accessories already explained is provided for each house or living unit, wherein, as already mentioned, the heat exchangers 3, all house or apartment units to be supplied with heat are connected in series and in such a way that they are all subjected to unregulated high-voltage district heating.
  • each transfer circuit namely in the pipe string 10, through which the condensate from the heat exchanger 4 designed as a condenser is returned to the coil of the heat exchanger 3 located in the primary circuit and acting as an evaporator, seen in the flow direction of the condensate, a heat meter 11, a safety valve 12 and a temperature controller 13.
  • the transfer circuit 5 is operated with a constant amount of water, which is determined so that the amount of water the maximum heat required in the secondary consumer circuit, e.g. at a flow temperature of 90 ° and a return temperature of 50 ° C. This amount of water is located when the control valve 9 of the secondary circuit is closed in the vertical pipe run 10 of the transfer circuit 5 provided for the condensate between the outlet end of the coil of the heat exchanger 4 and the temperature controller 13.
  • the temperature controller 13 opens the valve closing the condensate line and allows as much condensate to flow into the coil of the heat exchanger 3 located in the primary circuit as the evaporator until the condensate formed in the condenser or heat exchanger 4 has again reached the prescribed temperature in the temperature controller 13.
  • the pipe string 10 returning the condensate to the heat exchanger 3 or evaporator is shut off again by the valve thermally influenced by the temperature controller.
  • the transfer of the heat required in a secondary circuit takes place in the transfer circuit by steam, the pressure of which depends on the condensation temperature and is used for temperature control. Through the heat meter, the number of passes of the constant amount of heat transporting and delivering a certain amount of heat to the secondary circuit is summed up and the transferred calories are displayed in a display device.
  • each heat exchanger through which the district heating flows is designed to be switched off and bypassed by a lockable bypass line 14.
  • the device for transferring heat from the district heating network to consumer groups is particularly usable in an economical and handy manner in that the primary circuit-side and the secondary circuit-side heat exchanger 3 and 4 including the heat meter 11, safety valve 12 and temperature controller 13 are combined to form a unit which can be set up at any point in which, for the reasons set out, the secondary circuit-side heat exchanger 4 or condenser is arranged at a predetermined distance above the primary circuit-side heat exchanger 3.
  • the volume of condensate flowing from the condenser 4 to the evaporator 3 is measured and compensated with the condensation temperature.
  • the heat meter 11 is formed by a container 15 and should, for example, have a measured quantity of 2000 Kcal. Values between 50 ° C and 110 ° C are assumed as the condensation temperature, which corresponds to a pressure of 0.125 and 1.46 ata. The heat of condensation of 2000 Kcal corresponds to 3557.47 cm 3 water at 50 ° C. The volume of the container corresponds to this volume. The volume difference between 50 ° C and 110 ° C is 392.55 cm 3 .
  • an additional space 16 is provided which extends upward from the container 15, which absorbs the difference in volume and is enlarged by the size of a displacement piston 17, the piston rod 18 of which has its free end filled with expansion liquid and on the bottom of the container 15 upright cylinder 19 is slidably guided.
  • the top of the container 15 also has a measuring tube 20 opening into the additional space 16 from above, on which an inductive filler 21 interacting with an expansion element is arranged at most at the level of the highest capacitor level.
  • a solenoid valve 22 in the pipe string 10 for the condensate is assigned to this filler 21.
  • the latter interacts with a second solenoid valve 23, which is arranged in the pipe string 10 opening above the tank bottom for the condensate.
  • the solenoid valve 22 closes off the tubing string 10 which opens into the tank 15 at the top, and the solenoid valve 23 in the tubing string 10 emerging from the bottom of the tank 15 is opened, whereupon the tank 15 also the additional space 16 is emptied until the condensate level has reached the mouth of the pipe string 10 projecting into the container 15 below.
  • the further emptying is slowed down by a thin drain tube 24 arranged in the bottom of the container and flush with the inside, which opens into the adjacent pipe string 10 and also has an inductive filler 25 which interacts with an expansion element.
  • the solenoid valve 23 is closed again by a pulse emanating from the filler 25 and at the same time the process in the summer 26 to the previous ones Empties added and at the same time the amount of heat measured so far is displayed in Kcal in a display device 27.
  • the safety valve 12 installed in the pipe string 10 for the condensate is specially designed according to FIG. 3. It is essentially formed by a housing 28 which is closed on all sides and has a housing base 29. A bellows 31 filled with expansion fluid or a membrane is arranged on the housing cover 30 and has a pin 32 acting downwards on the opposite closed side. In contrast, in the bottom 29 there is a valve 33 which opens downwards against the action of a spring and through which the contents of the container or the contents of the pipe string 10 running above this valve are emptied into the lower part of the container or into a special collecting container 34 , which has an outlet 35 for the condensate.
  • Heirzu serves either a membrane or a bellows 36, which has a closed bottom and is attached with its open side to the fixed boundary of the opening for the condensate inlet.
  • a helical spring 38 which is guided centrally in the bellows 36 and on a valve stem 37, is supported, the other end of which rests on the bellows base 39, on which the free end of the valve stem 37 also stands.
  • a slightly stronger helical spring 40 acts on the outside of the bellows bottom, which is somewhat stronger than the inner helical spring 38, and which is adjustable and, for example, rests with its other end on the screwable bottom of a pot-shaped housing 41.
  • the housing 41 can also be arranged in a screwable manner on a collar which is fastened to the fixed boundary of the opening for the condensate inlet.
  • the valve stem At the end facing the tubing string 10, the valve stem carries a valve plate 43 which, for example, closes an opening in an intermediate wall 44 between two closed and expanded ends of two adjacent tubing string parts 10 and thereby interrupts the condensate inlet to the evaporator of the heat exchanger 3 on the primary circuit side.
  • a fixed stop 45 which limits the stroke of the valve by the maximum amounts of water, is attached opposite the valve plate 43.
  • Each change in pressure in the transfer circuit causes a change in the length of the bellows 36.
  • This change in length actuates the valve 37, 43, which is thereby opened or closed and closes or opens the opening leading to the evaporator of the primary-side heat exchanger 3.
  • the transfer circuit 5 has an internal pressure of 0.1 ata (45.4 ° C).
  • the effective area of the bellows is 1 cm 2 .
  • the inner coil spring 38 is dimensioned such that the valve 37, 43 connected to the bellows 36 closes when the counterforce of the coil spring 40 is 0.2 Kp. If the temperature is to be increased to 90 ° C., the coil spring 40 is pretensioned to 0.9 Kp.
  • valve 37, 43 opens valve 37, 43 and the condensate flows into the coil or evaporator of the heat exchanger on the primary circuit side until the internal pressure rises from 90 ° C to 0.7 ata according to the desired temperature.
  • the valve 37, 43 closes.
  • the temperature controller 13 is thus also a limiter of the maximum thermal output of the device. This is necessary because the district heating plants prescribe a permissible maximum heat consumption value that no consumer may exceed. In this case, such a limiter must detect the temperature difference between the flow and return and the amount of water in the device.
  • valve stroke By limiting the valve stroke by means of the fixed, optionally adjustable stop 45, it is prevented in a simple manner that the condensate flow rate to the evaporator of the heat exchanger 3 necessary for the maximum heat removal value is exceeded. For example, if the maximum heat consumption value is 200,000 Kcal / h, this value corresponds approximately to the evaporation heat of 377 I / h water. This flow rate is then set at the fixed stop 45 of the temperature controller 13.
  • the temperature controller is not only suitable for heating and hot water control in district heating, but also for solar collectors.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen von Heizwärme von einem eine Wärmequelle aufweisenden Primärkreis auf jeweils mit einem Reglerventil versehene und Verbraucher durchströmende Sekundärkreise über im Primärkreis in Serie geschaltete Wärmeaustauscher.
  • Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise durch die FR-A 2 276 539 bekannt geworden. Bei einer solchen Vorrichtung besteht der Primärkreis aus einem Einrohrsystem, durch das mittels sekundärer Leitungskreise Wärmeverbraucher über Wärmeaustauscher beaufschlagt werden.
  • Die Wärmeaustauscher sind ohne zusätzliche Drosselung und Regelung in Serie geschaltet. Herrscht beispielsweise im Primärkreis die Temperatur von 220°C, so ist bei niederem Wärmeverbrauch diese Temperatur etwa auch in den Sekundärkreisen vorhanden. Eine derart hohe Temperatur entspricht aber einem Druck von etwa 23 bis 24 ata, der jedoch in Sekundärkreisen nicht erwünscht ist. Der Primärkreis und die Sekundärkreise sind mithin thermisch nicht getrennt.
  • Durch die Erfindung soll demgegenüber die Aufgabe gelöst werden, die bekannte Vorrichtung zum Übertragen von Heizwärme von einem eine Wärmequelle aufweisenden Primärkreis auf Verbraucher durchströmende Sekundärkreise mit den weiteren Merkmalen der eingangs erläuterten Gattung so weiterzubilden, daß zur wirtschaftlichen Regelung des Arbeitsmediums nicht nur eine hydraulische, sondern auch eine thermische Trennung von Primär- und Sekundärkreis ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem Primärkreis und jedem Sekundärkreis ein die Wärme mittels Dampf übertragender Übergabekreis vorgesehen ist, der primärseitig an die Wärmeaustauscher des Primärkreises und sekundärseitig an einen weiteren Wärmeaustauscher angeschlossen und mit einem konstanten, von einem Wärmezähler und Temperaturregler gesteuerten Übertragungsmedium teilweise gefüllt und durch ein Sicherheitsventil überwacht ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines in sich vollständig geschlossenen und teilweise mit dem gewählten Medium gefüllten Übergabekreises zwischen dem Primärkreis und den Sekundärkreisen kann die Temperatur in diesen Kreisen beispielsweise von 20° bis annähernd auf die Primärkreistemperatur (z.B. 500°C) gleitend geregelt werden. Auch wenn das Übertragungsmedium ein Kühlmittel ist, kann die Regulierung im Minimumtemperaturbereich erfolgen. Der Übergabekreis ist evakuiert und weist eine konstante Menge Wasser oder Übertragungsmedium auf.
  • Die konstante Wassermenge bzw. das Übertragungsmedium im Übergabekreis ist dabei volumenmäßig so bemessen, daß dieses Volumen die im Sekundärkreis erforderliche maximale Wärmeleistung vom Wärmeaustauscher des Primärkreises auf den jeweiligen Wärmeaustauscher des Sekundärkreises übertragen kann, wobei die Übertragung in Dampfform erfolgt. Dadurch ist es möglich, die erforderliche Wärme ohne Differenzdruck mit kleiner Wassermenge und kleiner Wassergeschwindigkeit zu übertragen. Der Wärmezähler, Temperaturregler und das Sicherheitsventil können entsprechend den im Übergabekreis auftretenden Druck- und Temperaturverhältnissen gewählt werden, wobei ihre Belastung entsprechend minimal ist. Insbesondere erfordert der Übergabekreis keine zusätzliche Energie und die Störanfälligkeit ist nur gering. Auch gibt es keine von Antrieben und Ventilen verursachten Geräusche, so daß die gemäß der Erfindung vorgesehene Wärmeübertragung außerordentlich wirtschaftlich ist.
  • Im einzelnen wird die Ausführung so durchgeführt, daß als Wärmequelle der Wärmezuführstrang des Fernheiznetzes vorgesehen ist, durch den die in Serie geschalteten Wärmeaustauscher der Primärkreise ungeregelt mit hochgespannter Fernwärme beaufschlagt werden.
  • Die den Wärmeaustauscher der Primärkreise hintereinander zugeführte Wärmemenge wird nicht geregelt und darf beliebig schwanken. Der Strömungswiderstand ist konstant und ist praktisch identisch mit dem Strömungswiderstand im Wärmezuführungsstrang des Fernheiznetzes, der vom letzten Wärmeaustauscher des Primärkreises wieder zum Fernheizwerk zurückgeführt wird.
  • Hierbei ist jeder primärseitige Wärmeaustauscher abschaltbar ausgebildet und durch eine absperrbare Umgehungsleitung überbrückt. Jeder primärkreisseitige Wärmeaustauscher kann daher ohne Unterbrechung der Wärmezufuhr zu den anderen in Serie geschalteten primärkreisseitigen Wärmeaustauschern im Bedarfsfalle ohne weiteres ausgewechselt werden.
  • Des weiteren ist vorgesehen, daß jeder sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher des Übergabekreises als Kondensator ausgebildet ist, in dessen Rohrstrang für den Kondensatablauf in Strömungsrichtung gesehen der Wärmezähler, das Sicherheitsventil und der Temperaturregler eingebaut sind.
  • Die Wärme wird mithin aus dem Primärkreis von dem primärkreisseitigen Verdampfer aufgenommen und als Dampf über den Übergabekreis auf den Wärmeaustauscher des Sekundärkreises übertragen. Der Verdampfer des primärkreisseitigen Wärmeaustauschers entnimmt dabei nach Bedarf bzw. in Abhängigkeit von der Temperatur des Kondensates im Übergabekreis die Wärme aus dem Wärmezuführstrang des Fernheiznetzes und verursacht dadurch einen Temperaturabfall.
  • Sowohl im primärkreisseitigen als auch im sekundärkreisseitigen Wärmeaustauscher ist eine Rohrschlange vorgesehen, die beide im Übergabekreis in Serie angeordnet sind, wobei die Rohrschlange im primärkreisseitigen Wärmeaustauscher von der Fernwärme beaufschlagt ist.
  • Je nach Temperaturabfall des Kondensats läßt der Temperaturregler im Übergabekreis als das in Strömungsrichtung des Kondensats gesehen letzte Instrument mehr oder weniger Kondensat in den primärkreisseitigen Wärmeaustauscher strömen, in welchem es verdampft und als Dampf in die Rohrschlange des als Kondensator ausgebildeten sekundärkreisseitigen Wärmeaustauschers gelangt, worauf der Kreislauf von neuem beginnt.
  • In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, daß jeder primärkreisseitige und der sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher einschließlich dem Wärmezähler, Sicherheitsventil und Temperaturregler jedes Übergabekreises zu einem Aggregat zusammengeschlossen sind, in welchem der sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher bzw. Kondensator oberhalb des primärkreisseitigen Wärmeaustauschers angeordnet ist.
  • Durch diese Maßnahmen kann beispielsweise in einer mit Fernwärme zu versorgenden Haus- oder Wohneinheit an geeigneter Stelle ein derartiges, lediglich vier Anschlüsse aufweisendes und entsprechend bemessenes Aggregat aufgestellt werden. Dieses wird mit zwei dafür vorgesehenen Anschlüssen in den Wärmezuführungsstrang für die Fernwärme eingebaut und mittels der beiden anderen Anschlüsse an den eigentlichen, z.B. die Heizkörper aufweisenden Verbraucherkreis angeschlossen. Solche Aggregate können gegebenenfalls nach Leistung gestuft in Serie gefertigt werden, so daß eine außerordentlich wirtschaftliche Vorrichtung zum Übertragen von Fernwärme auf Verbraucherkreise gewährleistet ist.
  • Der Erfindung soll nachfolgend anhand von schematischen Darstellungen näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1 einen Strangriß mit mehreren in einem Fernheiznetz eingebauten und teilweise an Verbraucherkreise angeschlossenen Vorrichtungen zum Übertragen der Fernwärme,
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Wärmezähler,
    • Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Sicherheitsventil,
    • Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Temperaturregler.
  • Gemäß Fig. 1 wird beispielsweise von einem Fernheizwerk 1 als Wärmequelle ein in üblicher Weise isolierter und unter der Erdoberfläche verlegter Rohrstrang 2 zum Transport von hochgespannter Fernwärme, z.B. in Form von hochüberhitztem Wasser, vorzugsweise durch Straßen geführt, in denen sich mit Fernwärme zu versorgende Haus- bzw. Wohneinheiten befinden, wobei die betreffenden Haus- bzw. Wohneinheiten in Serie hintereinander an den Rohrstrang 2 angeschlossen werden. Von der letzten versorgten Haus- bzw. Wohneinheit wird der Wärmezuführungsstrang 2 wieder in das Fernheizwerk 1 zurückgeführt, so daß der gesamte geschlossene Rohrstrang 2 zugleich einen Primärkreise bildet. In Siedlungen, in denen praktisch jede Haus- bzw. Wohneinheit mit Fernwärme versorgt werden soll, wird der Wärmezuführstrang 2 in einfacher und vorteilhafter Weise z.B. unmittelbar durch die Keller der Häuserreihen hindurch verlegt, wodurch die Investitionskosten erheblich gesenkt werden können.
  • Für die Verwendung der hochgespannten Wärme in Wohngebäuden müssen Druck und Temperatur erheblich herabgesetzt werden. Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung geschaffen, mit welcher die Fernwärme in wirtschaftlicher Weise mit zulässigem Druck und zulässiger Temperatur auf die Verbraucherkreise übertragbar ist. Hierzu wird jeder Haus- bzw. Wohneinheit ein mit der Fernwärme beaufschlagter Wärmeaustauscher 3 zugeordnet, der mit seinem Hochdruckteil im Primärkreis des die Fernwärme zuführenden Rohrstranges 2 liegt. Der Niederdruckteil des Wärmeaustauschers 3 wird beispielsweise von einer Rohrschlange gebildet, deren Enden mit den Enden einer zweiten Rohrschlange verbunden sind, die einen Teil eines als Kondensator ausgebildeten weiteren Wärmeaustauschers 4 bildet, der in einem vorbestimmten Abstand oberhalb des im Primärkreis 2 angeordneten Wärmeaustauschers 3 vorgesehen ist. Die Rohrschlangen der beiden Wärmeaustauscher 3 und 4 und die diese miteinander verbindenden Rohrleitungen bilden den Übergabekreis 5 für die Wärme an die Verbraucher, wogegen der das Heizmedium für die Verbraucher enthaltende andere Teil des als Kondensator ausgebildeten Wärmeaustauschers 4 in einem die Verbraucher z.B. Heizkörper, Boiler und dgl. mit der Wärme des Heizmediums beaufschlagenden Sekundärkreis 6 vorgesehen ist. Außer den Verbrauchern 7 sind in üblicher Weise im Sekundärkreis 6 noch eine Umwälzpumpe 8 und ein Reglerventil 9 angeordnet.
  • Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist für jede Haus- bzw. Wohneinheit ein Wärmeaustauscher 3 mit dem bereits erläuterten Zubehör vorgesehen, wobei, wie bereits erwähnt, die Wärmeaustauscher 3, sämtlicher mit Wärme zu versorgender Haus- bzw. Wohneinheiten in Serie geschaltet sind und zwar so, daß sie sämtlich ungeregelt mit hochgespannter Fernwärme beaufschlagt werden. Um die zugeführte ungeregelte und hochgespannte Fernwärme geregelt in dem erforderlichen Maße jeweils auf den die Verbraucher enthaltenden Sekundärkreis übertragen zu können, ist in jedem Übergabekreis 5 und zwar in dem Rohrstrang 10, durch den das Kondensat aus dem als Kondensator ausgebildeten Wärmeaustauscher 4 in die als Verdampfer wirkende Rohrschlange des im Primärkreis befindlichen Wärmeaustauschers 3 zurückgeleitet wird, in Strömungsrichtung des Kondensates gesehen ein Wärmezähler 11, ein Sicherheitsventil 12 und ein Temperaturregler 13 angeordnet.
  • Der Übergabekreis 5 wird mit konstanter Wassermenge betrieben, die so bestimmt wird, daß die Wassermenge die im sekundären Verbraucherkreis erforderliche maximale Wärme, z.B. bei einer Vorlauftemperatur von 90° und einer Rücklauftemperatur von 50°C, übertragen kann. Diese Wassermenge befindet sich bei geschlossenem Reglerventil 9 des Sekundärkreises in dem für das Kondensat vorgesehenen lotrecht verlaufenden Rohrstrang 10 des Übergabekreises 5 zwischen dem Auslaufende der Rohrschlange des Wärmeaustauschers 4 und dem Temperaturregler 13. Da beim Öffnen des Reglerventils 9 die vorgeschriebene Rücklauftemperatur im Übergabekreis unterschritten ist, öffnet der Temperaturregler 13 das die Kondensatleitung abschließende Ventil und läßt so viel Kondensat in die als Verdampfer wirkende Rohrschlange des im Primärkreis befindlichen Wärmeaustauschers 3 einströmen, bis das im Kondensator bzw. Wärmeaustauscher 4 gebildete Kondensat im Temperaturregler 13 wieder die vorgeschriebene Temperatur erreicht hat. Beim Überschreiten dieser Temperatur wird der das Kondensat zum Wärmeaustauscher 3 bzw. Verdampfer zurückführende Rohrstrang 10 durch das vom Temperaturregler thermisch beeinflußte Ventil wieder abgesperrt. Die Übertragung der in einem Sekundärkreis erforderlichen Wärme erfolgt im Übergabekreis mithin durch Dampf, dessen Druck hierbei von der Kondensationstemperatur abhängig ist und zur Temperaturregelung benützt wird. Durch den Wärmezähler werden hierbei die Anzahl der Durchgänge der konstanten jedesmal eine bestimmte Wärmenge transportierenden und an den Sekundärkreis abgebenden Wassermenge summiert und in einem Anzeigegerät die übertragenen Kalorien angezeigt.
  • Damit im Bedarfsfalle ein Wärmeaustauscher 3 im Primärkreis 2 erneuert oder repariert werden kann, ist jeder ganz oder teilweise von der Fernwärme durchströmte Wärmeaustauscher abschaltbar ausgebildet und durch eine absperrbare Umgehungsleitung 14 überbrückt.
  • Die Vorrichtung zum Übertragen von Heizwärme vom Fernheiznetz auf Verbraucherkreise wird insbesondere dadurch in wirtschaftlicher und handlicher Weise verwendbar, daß der primärkreisseitige und der sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher 3 und 4 einschließlich dem Wärmezähler 11, Sicherheitsventil 12 und Temperaturregler 13 zu einem an einer beliebigen Stelle aufstellbaren Aggregat zusammengeschlossen werden, in welchem aus den dargelegten Gründen der sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher 4 bzw. Kondensator mit vorbestimmten Abstand oberhalb des primärkreisseitigen Wärmeaustauschers 3 angeordnet ist.
  • Bei dem im Übergabekreis 5 vorgesehenen Wärmezähler gemäß Fig. 2 wird das vom Kondensator 4 zum Verdampfer 3 strömende Kondensatvolumen gemessen und mit der Kondensationstemperatur kompensiert. Der Wärmezähler 11 wird von einem Behälter 15 gebildet und soll z.B. eine Meßgröße von 2000 Kcal haben. Als Kondensationstemperatur werden Werte zwischen 50°C und 110°C angenommen, denen ein Druck von 0,125 und 1,46 ata entspricht. Die Kondensationswärme von 2000 Kcal entsprechen 3557,47 cm3 Wasser bei 50°C. Diesem Volumen entspricht der Inhalt des Behälters 15. Die Volumendifferenz zwischen 50°C und 110°C beträgt 392,55 cm3. Für diese Volumendifferenz ist ein sich vom Behälter 15 nach oben erstreckender Zusatzraum 16 vorgesehen, der die Volumendifferenz aufnimmt und noch um die Größe eines Verdrängerkolbens 17 vergrößert ist, dessen Kolbenstange 18 mit ihrem freien Ende in einem mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten und auf dem Boden des Behälters 15 aufrechtstehenden Zylinder 19 verschiebbar geführt ist.
  • Des weiteren weist die Oberseite des Behälters 15 noch ein von oben in den Zusatzraum 16 einmündendes Meßrohr 20 auf, auf dem höchstens in Höhe des höchsten Kondensatorspiegels ein mit einem Ausdehnungselement zusammenwirkender induktiver Füllgeber 21 angeordnet ist. Diesem Füllgeber 21 ist ein Magnetventil 22 im Rohrstrang 10 für das Kondensat zugeordnet. Letzteres wirkt mit einem zweiten Magnetventil 23 zusammen, welches in den über dem Behälterboden mündenden Rohrstrang 10 für das Kondensat angeordnet ist. Sobald der Kondensatspiegel den mit einem Ausdehnungselement zusammenwirkenden induktiven Füllgeber 21 erreicht hat, schließt das Magnetventil 22 den oben in den Behälter 15 einmündenden Rohrstrang 10 ab, und das Magnetventil 23 im unten aus dem Behälter 15 austretenden Rohrstrang 10 wird geöffnet, worauf der Behälter 15 mit dem Zusatzraum 16 so weit entleert wird, bis der Kondensatspiegel die Mündung des unten in den Behälter 15 hineinragenden Rohrstranges 10 erreicht hat. Die weitere Entleerung erfolgt verlangsamt durch ein im Behälterboden angeordnetes und mit dessen Innenseite bündigen dünnen Ablaufröhrchen 24, das in den benachbarten Rohrstrang 10 mündet und ebenfalls einen mit einem Ausdehnungselement zusammenwirkenden induktiven Füllgeber 25 aufweist. Sobald der letzte Kondensatrest abgelaufen ist, wird durch einem vom Füllgeber 25 ausgehenden Impuls das Magnetventil 23 wieder geschlossen und zugleich der Vorgang im Summierer 26 zu den vorhergegangenen Entleerungen hinzuaddiert und zugleich in einem Anzeigegerät 27 die bisher gemessene Wärmemenge in Kcal angezeigt.
  • Da die Anlage noch durch ein unabhängiges Organ gesichert werden muß, wird das in dem Rohrstrang 10 für das Kondensat eingebaute Sicherheitsventil 12 nach Fig. 3 besonders ausgebildet. Es wird im wesentlichen von einem allseitig geschlossenen Gehäuse 28 gebildet, der einen Gehäuseboden 29 aufweist. An der Gehäusedecke 30 ist ein mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllter Balg 31 oder eine Membran angeordnet, die an der gegenüberliegenden geschlossenen Seite einen nach unten wirkenden Stift 32 aufweist. Diesem gegenüber ist im Boden 29 ein sich nach unten entgegen der Wirkung einer Feder öffnendes Ventil 33 vorgesehen, durch das der Behälterinhalt bzw. der Inhalt des oberhalb dieses Ventils verlaufenden Rohrstranges 10 in den unteren Teil des Behälters bzw. in einen besonderen Auffangbehälter 34 entleert wird, der eine Auslauf 35 für das Kondensat aufweist.
  • Zur Gestaltung des Temperaturreglers 13 wird gemäß Fig. 4 der Tatsache Rechnung getragen, daß bei der Übertragung der Wärme durch Dampf der Druck im Übergabekreis 5 von der Kondensationstemperatur abhängig ist, der im vorliegenden Fall zur Temperaturregulierung benutzt wird. Heirzu dient entweder eine Membran oder ein Balg 36, der einen geschlossenen Boden hat und mit seiner offenen Seite an der ortsfesten Begrenzung der Öffnung für den Kondensatzulauf befestigt ist. An der ortsfesten Begrenzung ist zusätzlich noch das eine Ende einer zentrisch im Balg 36 und auf einem Ventilschaft 37 geführten Schraubenfeder 38 abgestützt, deren anderes Ende am Balgboden 39 anliegt, auf dem auch das freie Ende des Ventilschaftes 37 aufsteht. Auf die Außenseite des Balgbodens wirkt eine gegenüber der inneren Schraubenfeder 38 etwas stärkere Schraubenfeder 40 ein, die einstellbar ausgebildet ist und beispielsweise mit ihrem anderen Ende an dem verschraubbaren Boden eines topfförmigen Gehäuses 41 anliegt. Das Gehäuse 41 kann auch selbst verschraubbar an einem Kragen angeordnet sein, der an der ortsfesten Begrenzung der Öffnung für den Kondensatzulauf befestigt ist. Der Ventilschaft trägt an dem dem Rohrstrang 10 zugekehrten Ende einen Ventilteller 43, der beispielsweise eine Öffnung in einer Zwischenwand 44 zwischen zwei geschlossenen und erweitert ausgebildeten Enden zweier nebeneinanderliegender Rohrstrangteile 10 verschließt und dadurch den Kondensatzulauf zum Verdampfer des primärkreisseitigen Wärmeaustauschers 3 unterbricht. Gegenüber dem Ventilteller 43 ist ein ortsfester, den Hub des Ventils um die maximalen Wassermengen begrenzender Anschlag 45 angebracht.
  • Jede Druckänderung im Übergabekreis verursacht eine Längenänderung des Balges 36. Diese Längenänderung betätigt das Ventil 37,43, welches dadurch geöffnet oder geschrossen wird und die zum Verdampfer des primärseitigen Wärmeaustauschers 3 führende Öffnung verschließt oder öffnet. Mit der Verstellung de äußeren Schraubenfeder 40 wird der äußere Druck erhölt oder vermindert. Beispielsweise hat der Ubergabekreis 5 einen Innendruck von 0,1 ata (45,4°C). Die wirksame Fläche des Balges beträgt 1 cm2. Die innere Schraubenfeder 38 ist so bemessen, daß das mit dem Balg 36 verbundene Ventil 37, 43 schließt, wenn die Gegenkraft der Schraubenfeder 40 0,2 Kp beträgt. Soll die Temperatur auf 90°C erhöht werden, so wird die Schraubenfeder 40 auf 0,9 Kp vorgespannt. Dadurch öffnet das Ventil 37,43 und das Kondensat fließt solange in die Rohrschlange bzw. Verdampfer des primärkreisseitigen Wärmeaustauschers, bis der Innendruck entsprechend der gewünschten Temperatur von 90°C auf 0,7 ata ansteigt. Ist dieser Druck erreicht, so schließt das Ventil 37,43. Der Temperaturregler 13 ist somit in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe des Anschlages 45 gleichzeitig auch ein Begrenzer der maximalen Wärmeleistung der Vorrichtung. Das ist insofern notwendig, weil die Fernheizwerke einen zulässigen maximalen Wärmeabnahmewert vorschreiben, den kein Verbraucher überschreiten darf. Hierbei muß ein solcher Begrenzer die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauf sowie die Wassermenge der Vorrichtung erfassen. Durch die Begrenzung des Ventilhubes durch den ortsfesten, gegebenenfalls einstellbar ausgebildeten Anschlag 45 wird in einfacher Weise verhindert, daß die für den maximalen Wärmeabnahmewert notwendige Kondensatdurchflußmenge zum Verdampfer des Wärmeaustauschers 3 überschritten wird. Soll beispielsweise der maximale Wärmeabnahmewert 200 000 Kcal/h betragen, so entspricht dieser Wert etwa der Verdampfungswärme von 377 I/h Wasser. Diese Durchflußmenge wird dann an dem ortsfesten Anschlag 45 des Temperaturreglers 13 eingestellt.
  • Der Temperaturregler ist nicht nur für Heizungs- und Warmwasserregelung in der Fernheizung sondern auch für Sonnenkollektoren geeignet.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Übertragen von Heizwärme von einem eine Wärmequelle aufweisenden Primärkreis auf jeweils mit einem Reglerventil versehene und Verbraucher durchströmende Sekundärkreise über im Primärkreis in Serie geschaltete Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Primärkreis (1,2) und jedem Sekundärkreis (6) ein die Wärme mittels Dampf übertragender Übergabekreis (5) vorgesehen ist, der primärseitig an den Wärmeaustauscher (3) des Primärkreises (1,2) und sekundärseitig an einen weiteren Wärmeaustauscher angeschlossen und mit einem konstanten, von einem Wärmezähler (11) und einem Temperaturregler (13) gesteuerten Übertragungsmedium teilweise gefüllt und durch ein Sicherheitsventil (12) überwacht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle der Wärmezufuhrstrang (2) des Fernheiznetzes vorgesehen ist, durch den die in Serie geschalteten Wärmeaustauscher (3) des Primärkreises ungeregelt mit hochgespannter Fernwärme beaufschlagbar sind.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder primärkreisseitige Wärmeaustauscher (3) abschaltbar ausgebildet und durch eine absperrbare Umgehungsleitung (14) überbrückt ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher (4) des Übergabekreises (5) als Kondensator ausgebildet ist, in dessen Rohrstrang (10) für den Kondensatablauf in Strömungsrichtung gesehen der Wärmezähler (11), das Sicherheitsventil (12) und der Temperaturregler (13) eingebaut sind.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im primärkreisseitigen als auch im sekundärkreisseitigen Wärmeaustauscher (3 und 4) jeweils eine Rohrschlange vorgesehen ist, die im Übergabekreis
(5) in Serie angeordnet sind, wobei die Rohrschlange im primärkreisseitigen Wärmeaustauscher (3) von außen von der Fernwärme beaufschlagt ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der primärkreisseitige und der sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher (3,4) einschließlich dem Wärmezähler (11), Sicherheitsventil (12) und Temperaturregler (13) jedes Übergabekreises (5) zu einem Aggregat zusammengeschlossen sind, in welchem der sekundärkreisseitige Wärmeaustauscher (4) bzw. Kondensator mit vorbestimmtem Abstand oberhalb des primärkreisseitigen Wärmeaustauschers (3) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmezähler von einem Behälter (15) für eine der Meßgröße des Wärmezählers bei einer unteren Temperatur-und Druckgrenze im Übergabekreis (5) entsprechende Flüssigkeitsmenge gebildet ist, daß der Behälter (15) einen sich nach oben erstreckenden Zusatzraum (16) für einen Verdrängerkolben (17) und für die Volumendifferenz des der oberen Temperatur- und Druckgrenze im Übergabekreis (5) unterliegenden Kondensats aufweist und mit einem in den Zusatzraum (16) von oben einmündenden Meßrohr (20) versehen ist, auf dem zum Einstellen der Kondensattemperatur ein mit einem Ausdehnungselement zusammenwirkender induktiver Füllgeber (21) angeordnet ist, dem im Rohrstrang (10) für das Kondensat ein Magnetventil (22) zugeordnet ist, das mit einem unterhalb des Behälters (15) im Rohrstrang (1Q) vorgesehenen zweiten Magentventil (23) zusammenwirkt, daß im Behälterboden ein mit dessen Innenseite bündiges dünnes und in den Rohrstrang (10) einmündendes Ablaufröhrchen (24) mit einem Ausdehnungselement und einem induktiven Füllgeber (25) angeordnet ist, der mit einem an ein Anzeigegerät (27) angeschlossenen Summierer (26) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstrang (10) des sekundärseitigen Wärmeaustauschers (4) für das aus dem Wärmezähler (11) abfließende Kondensat im Behälter (15) oberhalb des Behälterbodens endet.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Kolbenstange (18) des Verdrängerkolbens (17) in einem mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten und sich senkrecht zum Behälterboden erstreckenden Zylinder (19) verschiebbar geführt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Rohrstrang (10) des sekundärseitigen Wärmeaustauschers (4) eingebaute Sicherheitsventil (12) des Übergabekreises (5) von einem allseitig geschlossenen Gehäuse (28) gebildet ist, das innen an der Gehäusedecke (30) einen mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten Balg (31) mit einem an der gegenüberliegenden Seite angeordneten Stift (32) und im Gehäuseboden (29) ein unter Einwirkung des Stiftes (32) entgegen der Wirkung einer Feder sich nach außen öffnendes Ventil (33) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gehäuse (28) unterhalb des Ventils (33) ein Auffangbehälter (34) mit einem Auslauf (35) angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturregler (13) von einem den Kondensatrücklauf in den Verdampfer des primärkreisseitigen Wärmeaustauschers (3) regelnden Ventil (37,43) gebildet ist, das einen auf dem Boden (39) eines Balges (36) aufstehenden, am anderen Ende mit einem Ventilteller (43) versehenen Schaft (37) aufweist, auf welchem eine mit einem Ende innen am Balgboden (39) anliegende Schraubenfeder (38) geführt ist, deren anderes Ende an der am Rohrstrang (10) für das Kondensat ortsfesten Begrenzung der Öffnung für den Kondensatzulauf in dem ebenfalls an dieser Begrenzung befestigten Balg (36) abgestützt ist, und daß auf der Außenseite des Balgbodens (39) das eine Ende einer in Bezug auf ihre Länge einstellbaren Schraubenfeder (40) anliegt, deren anderes Ende am Boden eines topfförmigen, an der ortsfesten Begrenzung angeordneten Gehäuses (41) abgestützt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Ventilteller (43) des Temperaturreglers (13) ein ortsfester, den Hub des Ventils (37,43) und damit die maximale Wärmeleistung der Vorrichtung begrenzender Anschlag (45) angeordnet ist.
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