EP4551393A1 - Elektrisch angetriebene heizung für dampfbeheizte verbraucher - Google Patents

Elektrisch angetriebene heizung für dampfbeheizte verbraucher

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Publication number
EP4551393A1
EP4551393A1 EP23732808.3A EP23732808A EP4551393A1 EP 4551393 A1 EP4551393 A1 EP 4551393A1 EP 23732808 A EP23732808 A EP 23732808A EP 4551393 A1 EP4551393 A1 EP 4551393A1
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
electrically driven
driven heater
heater
heated
Prior art date
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Pending
Application number
EP23732808.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Fricke
Michael Ramm
Horst Wedekind
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Reifen Deutschland GmbH
Original Assignee
Continental Reifen Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Continental Reifen Deutschland GmbH filed Critical Continental Reifen Deutschland GmbH
Publication of EP4551393A1 publication Critical patent/EP4551393A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D30/00—Producing pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • B29D30/06—Pneumatic tyres or parts thereof (e.g. produced by casting, moulding, compression moulding, injection moulding, centrifugal casting)
    • B29D30/0601—Vulcanising tyres; Vulcanising presses for tyres
    • B29D30/0662—Accessories, details or auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/04—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam
    • B29C35/049—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam using steam or damp
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
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    • B29D30/0662—Accessories, details or auxiliary operations
    • B29D2030/0666—Heating by using fluids
    • B29D2030/0667—Circulating the fluids, e.g. introducing and removing them into and from the moulds; devices therefor

Definitions

  • the invention relates to an electrically driven heater for steam-heated consumers with a fluid storage vessel for holding a fluid and a piping of the fluid storage vessel with a fluid-heated form and a temperature sensor and/or pressure sensor as well as a thermally interacting with the fluid by means of electrical energy operable heating medium.
  • the invention further relates to a method for operating such an electrically driven heater.
  • An electrically driven heater with a fluid-heated form for example for heating tire heating presses.
  • These have a central boiler for generating steam, which is connected to piping to typically a variety of tire heating presses. It has proven to be disadvantageous to use one boiler for a large number of steam-heated consumers or to use just one boiler for several heating chambers, for example of a tire heating press, as this causes a lot of effort when it comes to piping.
  • the piping must be maintained, with flexible piping requiring increased maintenance.
  • the piping takes up a considerable amount of space and therefore restricts the design of the steam-heated consumers.
  • the piping leads to energy losses during operation due to its heat release and thus to a reduction in efficiency.
  • decentralized electrically driven heaters are known, which, however, are not intended for heating a fluid-heated mold, but are suitable for heating a bellows of a tire heating press.
  • heaters are more expensive to manufacture and more maintenance-intensive to operate.
  • Known heaters for heating a bellows are and must be designed for cyclic operation can be moved to a pressureless state, whereby they must be designed for pressures of around 25 bar. To achieve this pressure, the heaters have a pressure-increasing component such as a compressor. Bellows are subject to wear, so bellows components get into the fluid and the heater must have filters and must also be designed to be removable for regular maintenance work.
  • a consumer that is not heated with steam for example a consumer that is heated directly with electricity, has proven to be disadvantageous in terms of heat distribution and is much more complex and error-prone to control and regulate the heat flow.
  • Another disadvantage of such a consumer is that significantly more complex adjustments are necessary when retrofitting existing consumers. Known procedures would have to be identified and released again, which may require the customer to sample again.
  • the invention is based on the object of designing a steam-heated consumer that requires little installation space and a method of the type mentioned in such a way that the effort in producing and maintaining the electrically driven heater is reduced, with less installation space being required by piping and the Energy consumption should be reduced during use.
  • an electrically driven heater for steam-heated consumers comprising a fluid storage vessel for holding a fluid, a fluid-heated form and a piping of the fluid storage vessel with the fluid-heated form and a temperature sensor and/or pressure sensor and one with the fluid thermally interacting heating means that can be operated using electrical energy, wherein the fluid storage vessel as well as the temperature sensor and/or pressure sensor and the heating means that can be operated using electrical energy are mounted in the immediate vicinity of the fluid-heated form.
  • Attaching the electric heater to the fluid-heated mold enables shorter piping and thereby reduces the piping and maintenance effort as well as the installation space required for the piping. By allowing shorter piping, it is possible to reduce the heat released via the piping and increase the efficiency of the electrically driven heater.
  • a fluid heated mold is a rigid mold, for example made from a metal.
  • a rigid shape has the advantage over a flexible shape such as a bellows that the shape can be permanently pressurized, so that an electrically driven heater that can be implemented in a particularly cost-effective and compact manner is possible. Furthermore, a rigid shape is subject to less wear when pressurized, especially in the event of pressure fluctuations, than a flexible shape.
  • the heating means that can be operated with electrical energy can be in direct contact with the fluid or can be thermally connected to the fluid, for example through a heat exchanger or a conductive connection.
  • the term “mounted in the immediate vicinity of the fluid heated form” means the fluid storage vessel, the temperature sensor or the pressure sensor and the heating means that can be operated using electrical energy is attached to the fluid-heated mold or is at least not more than 10 meters, preferably not more than 5 meters, away from the mold.
  • a preferred embodiment provides that the steam-heated consumer is a tire heating press, in particular profile segments and/or an upper heating plate and/or a lower heating plate of the tire heating press.
  • An electrically driven heater according to the invention is particularly advantageous for tire heating presses, since large numbers of tire heating presses are regularly arranged next to one another and this requires complex and extensive piping.
  • a preferred embodiment provides that the piping has a flexible area for assembly purposes, with the other areas of the piping being rigid.
  • the flexible area of the piping makes it possible to use an electrically driven heater in a simple manner, for example on differently sized cone ring containers, which enables flexibility in production.
  • a preferred embodiment provides that the electrically driven heater is attached immovably to the fluid-heated mold. Due to the immovable attachment, flexible piping is no longer necessary. These are necessary in known electrically driven heaters in order to enable the fluid-heated molds to be moved.
  • the heating means that can be operated using electrical energy is a heating coil and/or an induction generator, which preferably inductively inductively energizes a wall of the fluid storage vessel heated and/or a heat engine, in particular a heat pump.
  • a heating coil enables a particularly cost-effective implementation of an electrically operated heating medium.
  • an induction generator has a high level of durability and is also particularly easy to maintain because it can be replaced without opening the fluid system.
  • a high power transmission density thus enables a particularly compact heating medium.
  • Cogeneration machines have proven to be particularly efficient in terms of energy consumption.
  • the electrically operated heater has a valve circuit consisting of several valves, the actuation of which enables the fluid to be conveyed through the fluid-heated form by means of steam pressure.
  • a valve circuit consisting of several valves, the actuation of which enables the fluid to be conveyed through the fluid-heated form by means of steam pressure.
  • a preferred embodiment provides that the electric heater has a condensate container.
  • a condensate vessel enables a simple valve circuit to convey the fluid using steam pressure.
  • a preferred embodiment provides that a fourth switchable valve on a discharge line from the fluid-heated mold and a fifth switchable valve on a liquid phase line from the condensate vessel to the fluid storage vessel and a second switchable valve on a vapor phase line between the fluid storage vessel and the Has a condensate vessel.
  • This valve circuit enables, in a simple form, that in a first circuit position of the valves a steam flow into the fluid-heated mold and a condensate flow into the condensate vessel is enabled, with a second circuit position of the valves allowing gravity-driven backflow of the condensate from the condensate vessel into the fluid storage vessel becomes.
  • the electrically driven heater is designed for an operating pressure of less than 12 bar, which enables a particularly cost-efficient and compact implementation of the heater.
  • the electrically driven heater has a pump for conveying the fluid.
  • the return of the condensate into the fluid storage vessel can be accelerated and the arrangement of the fluid storage vessel can be chosen more freely in relation to the arrangement of the condensate vessel.
  • the valve circuit can be designed in a simplified manner.
  • the electrically driven heater is designed for continuous operation, whereby continuous operation is understood to mean, in particular, a substantially constant pressure, whereby process-related fluctuations can take place. However, at least there is a permanent excess pressure relative to the surroundings of greater than one bar. Furthermore, the temperature is preferably kept essentially constant.
  • a preferred embodiment provides that the electrically driven heater is a closed system, so that no volume flow is exchanged with the environment. This enables a particularly reliable and low-maintenance electrically driven heater.
  • the fluid has or consists of water or is a heat transfer oil or a coolant.
  • Water as a fluid has proven to be advantageous in terms of procurement and disposal and also has a high enthalpy of vaporization.
  • Heat transfer oils have proven to be advantageous due to their low ability to cause oxidation in metals and the ability to be operated at low pressures even at higher temperatures.
  • Refrigerants as fluids offer the advantage that when using a power heat engine, an additional fluid and an additional heat exchanger can be dispensed with.
  • a preferred embodiment provides that the electrically operable heater has a vent valve and/or a safety valve. Simple ventilation of the electrically operated heater and easy commissioning as well as safe operation of the electrically operated heater are made possible.
  • a preferred embodiment provides that the fluid storage vessel and the piping are parts of a heat pipe. Designing the fluid storage vessel and the piping as areas of a heat pipe enables the electrically operated heating to be easily implemented, since the steam is driven by the steam pressure and the condensate is conveyed back to the electrically operated heating element by gravity and/or capillary forces. Valves and a pump can be omitted.
  • a preferred embodiment provides that the electrically operable heater is attached immovably to the fluid-heated mold. Due to the immovable attachment, flexible piping is no longer necessary. These are necessary in known electrically operated heaters in order to enable the fluid-heated molds to be moved.
  • a method for operating the electrically driven heater according to the invention of a steam-heated consumer wherein the measured values of a temperature sensor and/or a pressure sensor are compared with target values and the heating output of an electrically driven heating means is adjusted to bring the measured value closer to the target value.
  • a simple and efficient method for operating a steam-heated consumer is made possible.
  • a preferred embodiment provides that the condensate is pumped into a steam generating vessel using a pump. A high and constant delivery rate of the condensate is made possible.
  • a preferred embodiment provides that the condensate is conveyed into a condensate vessel by steam pressure in a first step and into a fluid storage vessel in a second step by actuating valves.
  • the process can therefore be operated without actively conveying the fluid and is therefore particularly efficient.
  • an inventive electrically driven heater for heating a steam-heated consumer, in particular for carrying out an inventive method, is provided.
  • Fig. 1 shows an electrically driven heater for a tire heating press with a fluid storage vessel during steam generation
  • FIG. 2 shows an electrically driven heater for a tire heating press with a fluid storage vessel for condensate recovery
  • Fig. 3 shows an electrically driven heater for a tire heating press with a fluid storage vessel and a pump.
  • Figure 1 shows an electrically driven heater 1 for a tire heating press 2 with a fluid storage vessel 3 during steam generation.
  • the electrically driven heater 1 is connected to the fluid storage vessel 3, which has an electrically operable heating means 19, via rigid piping 4 with a fluid-heated mold 5 in the form of a cone ring container of a tire heating press 2. It is just a flexible area 6 of the piping 4 for mounting the Electrically driven heater 1 is provided on differently sized steam chambers in the cone ring container.
  • the cone ring container has a recess 7 for receiving the water vapor generated by the electrically driven heater 1, which is supplied to it via the piping 4.
  • the water vapor gives off heat to the cone ring container, condenses and collects in the lower area of the recess 7.
  • the further water vapor flow transports the resulting condensate against the force of gravity g through the piping 4 into a condensate vessel 8, which is in relation to the force of gravity g is arranged above the fluid storage vessel 3.
  • the condensate vessel 8 is connected via a 3/2-way valve 9 to a safety valve 10, a vent valve 11 and a blocking first switchable valve 12 for maintenance purposes.
  • the condensate vessel 8 for the conduction of steam is connected to the fluid storage vessel 3 via a second, switchable valve 13 that is switched off and together with the piping 4.
  • a conductively switched third switchable valve 14 is arranged between the fluid storage vessel 3 and the cone ring container.
  • the switchable valve 14 serves to be able to calibrate, for example, a temperature sensor 17 when installed in the fluid storage vessel 3 when the valve is closed. Furthermore, it is also possible to close the switchable valve 14 during operation in order to briefly achieve a slightly higher pressure in the steam generator.
  • a conductively switched fourth switchable valve 15 is arranged between the cone ring container and the condensate vessel 8 and a blocked fifth switchable valve 16 between the condensate vessel 8 and the fluid storage vessel 3, for returning the water to the fluid storage vessel 3.
  • the fourth switchable valve 15 is closed and the second switchable valve 13 and the fifth switchable valve 16 are opened. No further condensate is supplied to the condensate vessel 8.
  • the condensate is conveyed from the condensate vessel 8 into the fluid storage vessel 3 by gravity g. 2 shows the electrically driven heater 1 of FIG. 1 for a tire heating press 2 with a fluid storage vessel 3 in condensate recovery with this circuit of the switchable valves 13, 14, 15, 16.
  • FIG. 3 shows an electrically driven heater 1 for a tire heating press 2 with a fluid storage vessel 3 and a pump 18.
  • the tire heating press 2 corresponds to that of Figure 1.
  • the electrically driven heater 1 is an alternative embodiment to FIG. 1, which can, however, be combined with the embodiment of FIG. 1, for example by arranging the pump 18 between the recess 7 and the condensate vessel 8.
  • the electrically driven heater 1 has the fluid storage vessel 3 with the temperature sensor 17 and a safety valve 10, a vent valve 11 and a first switchable valve 12 connected via the 3/2-way valve 9.
  • the piping 4 is designed to be rigid and only has a flexible area 6 for mounting on various cone ring containers.
  • the pump 18 for conveying the condensate is arranged between the cone ring container and the fluid storage vessel 3. If the electrically driven heater 1 is in operation, water vapor is conveyed by its pressure from the fluid storage vessel 3 into the recess 7. There the water vapor condenses to form condensate, which is conveyed into the fluid storage vessel 3 by the pump 18.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Heizung (1) für dampfbeheizte Verbraucher (2) aufweisend ein Fluid-Vorratsgefäß (3) zur Aufnahme eines Fluids, eine Fluid beheizte Form (5) sowie eine Verrohrung (4) des Fluid-Vorratsgefäßes (3) mit der Fluid beheizten Form (5) sowie einem Temperatursensor (17) und beziehungsweise oder Drucksensor sowie einem mit dem Fluid in thermischer Wechselwirkung stehendem mittels elektrischer Energie betreibbarem Heizmittel (19).

Description

Beschreibung
Elektrisch angetriebene Heizung für dampfbeheizte Verbraucher
Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Heizung für dampfbeheizte Verbraucher mit einem Fluid-Vorratsgefäß zur Aufnahme eines Fluids sowie einer Verrohrung des Fluid-Vorratsgefäßes mit einer Fluid beheizten Form sowie einem Temperatursensor und beziehungsweise oder Drucksensor sowie einem mit dem Fluid in thermischer Wechselwirkung stehendem mittels elektrischer Energie betreibbarem Heizmittel.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen elektrisch angetriebenen Heizung.
Eine elektrisch angetriebene Heizung mit einer Fluid beheizten Form beispielweise zum Heizen von Reifen-Heizpressen sind bekannt. Diese haben einen zentralen Heizkessel zur Erzeugung von Dampf, der mit einer Verrohrung mit typischerweise einer Vielzahl von Reifen-Heizpressen verbunden ist. Es hat sich als nachteilig herausgestellt, einen Heizkessel für eine Vielzahl von dampfbeheizten Verbrauchern zu verwenden oder auch nur einen Heizkessel für mehrere Heizkammern beispielsweise einer Reifen-Heizpresse zu nutzen, da dies bei der Verrohrung einen hohen Aufwand verursacht. Weiterhin sind die Verrohrungen zu warten, wobei flexible Verrohrungen einen erhöhten Wartungsaufwand haben. Die Verrohrungen beanspruchen einen erheblichen Bauraum und schränken daher die Konstruktion der dampfbeheizten Verbraucher ein. Des Weiteren führen die Verrohrungen im Betrieb durch ihre Wärmeabgabe zu Energieverlusten und somit zu einer Verringerung der Effizienz.
Weiterhin sind dezentrale elektrisch angetriebene Heizungen bekannt, die jedoch nicht zur Beheizung einer Fluid beheizten Form vorgesehen sind, sondern zur Beheizung eines Balges einer Reifen-Heizpresse geeignet sind. Derartige Heizungen sind im Vergleich zur erfindungsgemäßen Heizung kostenintensiver in der Herstellung und wartungsintensiver im Betrieb. Bekannte Heizungen zur Beheizung eines Balges sind für einen zyklischen Betrieb auszulegen und müssen in einen drucklosen Zustand verfahren werden können, wobei sie für Drücke von etwa 25 bar ausgelegt sein müssen. Um diesen Druck zu erreichen, weisen die Heizungen eine druckerhöhende Komponente wie einen Kompressor auf. Balge unterliegen einem Verschleiß, so dass Balgbestandteile in das Fluid gelangen und die Heizung Filter aufweisen muss und zusätzlich für regelmäßige Wartungsarbeiten demontierbar ausgelegt sein muss.
Ein nicht mit Dampf beheizter Verbraucher, also beispielweise ein unmittelbar mit Strom beheizter Verbraucher, hat sich hinsichtlich der Wärmeverteilung als nachteilig erwiesen und ist in der Steuerung und Regelung, um den Wärmestrom einzustellen weitaus aufwendiger und fehleranfälliger. Weiterhin ist an einem derartigen Verbraucher nachteilig, dass bei einem Nachrüsten bei bestehenden Verbrauchern deutlich aufwendigere Anpassungen notwendig sind. Bekannte Verfahren müssten erneut ermittelt und freigegeben werden, was in eine erneute Bemusterung durch den Kunden erforderlich machen kann.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen wenig Bauraum beanspruchenden dampfbeheizten Verbraucher und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Aufwand bei der Herstellung und Wartung der elektrisch angetriebenen Heizung verringert wird, wobei durch eine Verrohrung weniger Bauraum beansprucht und der Energieverbrauch bei einer Verwendung verringert werden soll.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren zum Betreiben der elektrisch angetriebenen Heizung gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren zum Betreiben der elektrisch angetriebenen Heizung gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist also eine elektrisch angetriebene Heizung für dampfbeheizte Verbraucher vorgesehen, aufweisend ein Fluid-Vorratsgefäß zur Aufnahme eines Fluids, eine Fluid beheizte Form sowie eine Verrohrung des Fluid-Vorratsgefäßes mit der Fluid beheizten Form sowie einem Temperatursensor und beziehungsweise oder Drucksensor sowie einem mit dem Fluid in thermischer Wechselwirkung stehendem mittels elektrischer Energie betreibbarem Heizmittel, wobei das Fluid-Vorratsgefäß sowie der Temperatursensor und beziehungsweise oder Drucksensor und das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel in unmittelbarer Nähe der Fluid beheizten Form angebracht sind.
Das Anbringen der elektrischen Heizung an der Fluid beheizten Form ermöglicht kürzere Verrohrungen und verringert dadurch den Verrohrungs- sowie Wartungsaufwand sowie den für die Verrohrung benötigten Bauraum. Dadurch, dass kürzere Verrohrungen ermöglicht werden, ist es möglich die Wärmeabgabe über die Verrohrung zu verringern und die Effizienz der elektrisch angetriebenen Heizung zu erhöhen.
Eine Fluid beheizte Form ist eine starre Form, beispielsweise aus einem Metall hergestellt. Eine starre Form hat gegenüber einer nachgiebigen Form wie zum Beispiel einem Balg den Vorteil, dass die Form dauerhaft mit einem Überdruck beaufschlagt sein kann, so dass eine besonders kostengünstig und kompakt realisierbare elektrisch angetriebene Heizung ermöglicht wird. Weiterhin unterliegt eine starre Form unter Druckbeaufschlagung, insbesondere bei Druckschwankungen, einem geringeren Verschleiß als eine nachgiebige Form.
Unter in thermischer Wechselwirkung stehen wird verstanden, dass in hoher und effizienter Weise ein Wärmeübertrag erfolgen kann. Dazu kann das mit elektrischer Energie betreibbare Heizmittel unmittelbar mit dem Fluid in Kontakt stehen oder aber thermisch an das Fluid angebunden sein, beispielweise durch einen Wärmeübertrager oder eine leitende Verbindung.
Unter in unmittelbarer Nähe der Fluid beheizten Form angebracht sein wird verstanden, dass das Fluid-Vorratsgefäß, der Temperatursensor oder Drucksensor und das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel an der Fluid beheizten Form angebracht ist oder zumindest nicht mehr als 10 Meter, bevorzugt nicht mehr als 5 Meter von der Form beabstandet ist.
Insbesondere für bestehende dampfbeheizte Verbraucher ist es weiterhin vorteilhaft keine veränderten Bedingungen zu schaffen, da andererseits Verfahren für bestehende Produkte erneut ermittelt und gegebenenfalls freigegeben werden müssten.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der dampfbeheizte Verbraucher eine Reifen-Heizpresse ist, insbesondere Profilsegmente und beziehungsweise oder eine obere Heizplatte und beziehungsweise oder eine untere Heizplatte der Reifen-Heizpresse. Insbesondere für Reifen-Heizpressen ist eine erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Heizung vorteilhaft, da Reifen-Heizpressen regelmäßig in großer Anzahl nebeneinander angeordnet sind und dadurch eine aufwändige sowie weitläufige Verrohrung notwendig ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Verrohrung für Montagezwecke einen flexiblen Bereich aufweist, wobei die anderen Bereiche der Verrohrung starr sind. Durch den flexiblen Bereich der Verrohrung wird die Verwendung einer elektrisch angetriebene Heizung bespielweise an unterschiedlich dimensionierten Konusring Containern in einfacher Form möglich, wodurch eine Flexibilität in der Produktion ermöglicht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene Heizung unbeweglich zu der Fluid beheizten Form angebracht ist. Durch die unbewegliche Anbringung können flexible Verrohrungen entfallen. Diese sind bei bekannten elektrisch angetriebenen Heizungen notwendig, um eine Verfahrbarkeit der Fluid beheizten Formen zu ermöglichen.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel eine Heizwendel und beziehungsweise oder ein Induktionsgenerator, der bevorzugt eine Wandung des Fluid-Vorratsgefäß induktiv erwärmt und beziehungsweise oder eine Kraftwärmemaschine, insbesondere eine Wärmepumpe ist. Die Verwendung einer Heizwendel ermöglicht eine besonders kostengünstige Realisierung eines elektrisch betreibbare Heizmittels. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Induktionsgenerator eine hohe Haltbarkeit aufweist und weiterhin besonders wartungsfreundlich ist, da er ohne das Öffnen des Fluid- Systems ausgetauscht werden kann. Weiterhin wird eine hohe Leistungsübertragungsdichte somit ein besonders kompaktes Heizmittel ermöglicht. Kraftwärmemaschinen haben sich als besonders effizient hinsichtlich des Energieverbrauchs erwiesen.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch betriebene Heizung eine Ventilschaltung bestehend aus mehreren Ventilen aufweist, deren Betätigung eine Förderung des Fluids durch die Fluid beheizte Form mittels Dampfdrucks ermöglicht. Durch eine derartige Ventilschaltung kann ein Fördermittel zur Beförderung des Fluids entfallen, wodurch Kosten und Bauraum eingespart werden und die Energieeffizienz der elektrischen Heizung erhöht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Heizung ein Kondensatgefäß aufweist. Ein Kondensatgefäß ermöglicht in einfacher Form eine Ventilschaltung zur Förderung des Fluids mittels Dampfdrucks.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein viertes schaltbares Ventil an einer Ableitung von der Fluid beheizten Form und ein fünftes schaltbares Ventil an einer Flüssigphasenleitung von dem Kondensatgefäß zu dem Fluid-Vorratsgefäß und ein zweites schaltbares Ventil an einer Dampfphasenleitung zwischen dem Fluid-Vorratsgefäße und dem Kondensatgefäß aufweist. Diese Ventilschaltung ermöglicht in einfacher Form, dass in einer ersten Schaltungsposition der Ventile ein Dampfstrom in die Fluid beheizte Form sowie ein Kondensatstrom in das Kondensatgefäß ermöglicht wird, wobei in einer zweiten Schaltungsposition der Ventile ein schwerkraftgetriebenes Rückströmen des Kondensats vom Kondensatgefäß in das Fluid-Vorratsgefäß ermöglicht wird. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene Heizung auf einen Betriebsdruck von weniger als 12 bar ausgelegt ist, wodurch eine besonders kosteneffiziente und kompakte Realisierung der Heizung ermöglicht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene Heizung eine Pumpe zur Förderung des Fluids aufweist. Hierdurch kann beispielweise das Zurückführen des Kondensats in das Fluid-Vorratsgefäß beschleunigt werden und die Anordnung des Fluid-Vorratsgefäß freier zur Anordnung des Kondensatgefäßes gewählt werden. Weiterhin kann die Ventilschaltung vereinfacht ausgeführt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene Heizung für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt ist, wobei unter kontinuierlichem Betrieb insbesondere ein im wesentlichen konstanter Druck verstanden wird, wobei prozessbedingte Schwankungen stattfinden können. Zumindest besteht jedoch dauerhaft ein Überdruck zur Umgebung von größer als ein bar. Weiterhin wird bevorzugt die Temperatur im Wesentlichen konstant gehalten.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene Heizung ein geschlossenes System ist, so dass mit der Umgebung kein Volumenstrom ausgetauscht wird. Hierdurch wird ein besonders zuverlässige und wartungsarme elektrisch angetriebene Heizung ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Fluid Wasser aufweist oder daraus besteht oder ein Wärmeträgeröl oder ein Kältemittel ist. Wasser als Fluid hat sich hinsichtlich der Beschaffung und Entsorgung als vorteilhaft erwiesen und weist darüber hinaus eine hohe Verdampfungsenthalpie auf. Wärmeträgeröle haben sich hinsichtlich ihrer gering ausgeprägten Eigenschaft zu Oxidation bei Metallen zu führen und der Möglichkeit auch bei höheren Temperaturen bei geringen Drücken betreibbar zu sein als vorteilhaft erwiesen. Kältemittel als Fluid bieten den Vorteil, dass bei der Verwendung einer Kraftwärmemaschine auf ein weiteres Fluid und einen weiteren Wärmetauscher verzichtet werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch betreibbare Heizung ein Entlüftungsventil und beziehungsweise oder ein Sicherheitsventil aufweist. Eine einfache Entlüftung der elektrisch betriebenen Heizung und eine einfache Inbetriebnahme sowie ein sicherer Betrieb der elektrisch betriebenen Heizung wird ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Fluid-Vorratsgefäß sowie die Verrohrung Teilbereiche eines Wärmerohres sind. Eine Ausführung des Fluid-Vorratsgefäßes sowie der Verrohrung als Bereiche eines Wärmerohres ermöglicht eine einfache Realisierung der elektrisch betriebenen Heizung, da der Dampf durch den Dampfdruck angetrieben wird und das Kondensat Schwerkraftgetrieben und beziehungsweise oder durch Kapillarkräfte zurück zum elektrisch betreibbaren Heizelement gefördert wird. Ventile sowie eine Pumpe können entfallen.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch betreibbare Heizung unbeweglich zu der Fluid beheizten Form angebracht ist. Durch die unbewegliche Anbringung können flexible Verrohrungen entfallen. Diese sind bei bekannten elektrisch betreibbaren Heizungen notwendig, um eine Verfahrbarkeit der Fluid beheizten Formen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Heizung eines dampfbeheizten Verbrauchers vorgesehen, wobei die Messwerte eines Temperatursensors und beziehungsweise oder eines Drucksensors mit Sollwerten verglichen werden und die Heizleistung eines elektrisch angetriebenen Heizmittels zum Annähern des Messwertes an den Sollwert angepasst wird. Ein einfaches sowie effizientes Verfahren zum Betreiben eines dampfbeheizten Verbrauchers wird ermöglicht. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Kondensat mit einer Pumpe in ein Dampferzeugungsgefäß gefördert wird. Ein hohe und stetige Förderrate des Kondensats wird ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Kondensat durch Dampfdruck in einem ersten Schritt in ein Kondensatgefäß und in einem zweiten Schritt in ein Fluid-Vorratsgefäß, durch Betätigen von Ventilen, gefördert wird. Das Verfahren kann hierdurch ohne eine aktive Förderung des Fluids betrieben werden und ist hierdurch besonders effizient.
Erfindungsgemäß ist eine Verwendung einer erfinderischen elektrisch angetriebenen Heizung zum Beheizen eines dampfbeheizten Verbrauchers, insbesondere zur Durchführung eines erfinderischen Verfahrens vorgesehen.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigen in
Fig. 1 eine elektrisch angetriebene Heizung für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß bei der Dampferzeugung;
Fig. 2 eine elektrisch angetriebene Heizung für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß bei der Kondensatrückgewinnung;
Fig. 3 eine elektrisch angetriebene Heizung für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß und einer Pumpe.
Figur 1 zeigt eine elektrisch angetriebene Heizung 1 für eine Reifen-Heizpresse 2 mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 bei der Dampferzeugung. Die elektrisch angetriebene Heizung 1 ist mit dem Fluid-Vorratsgefäß 3, das ein elektrisch betreibbares Heizmittel 19 aufweist, über starre Verrohrungen 4 mit einer Fluid beheizten Form 5 in Form eines Konusring Containers einer Reifen-Heizpresse 2 verbunden. Es ist lediglich ein flexibler Bereich 6 der Verrohrung 4 zur Montage der elektrisch angetriebene Heizung 1 an unterschiedlich dimensionierten Dampfkammern im Konusring Container vorgesehen.
Der Konusring Container weist eine Aussparung 7 auf, zur Aufnahme des durch die elektrisch angetriebenen Heizung 1 erzeugten Wasserdampfs, der ihm mit der Verrohrung 4 zugeführt wird. In der Aussparung 7 gibt der Wasserdampf Wärme an den Konusring Container ab, kondensiert und sammelt sich im unteren Bereich der Aussparung 7. Der weitere Wasserdampfstrom befördert das entstandene Kondensat entgegen der Schwerkraft g durch die Verrohrung 4 in ein Kondensatgefäß 8, das hinsichtlich der Schwerkraft g oberhalb des Fluid-Vorratsgefäßes 3 angeordnet ist.
Das Kondensatgefäß 8 ist über ein 3/2-Wege Ventil 9 mit einem Sicherheitsventil 10, einem Entlüftungsventil 11 und einem sperrenden ersten schaltbarem Ventil 12 für Wartungszwecke verbunden.
Über ein sperrend geschaltetes zweites schaltbares Ventil 13 und zusammen mit der Verrohrung 4 ist das Kondensatgefäß 8 für die Leitung von Dampf mit dem Fluid-Vorratsgefäß 3 verbunden.
Ein leitend geschaltetes drittes schaltbares Ventil 14 ist zwischen dem Fluid-Vorratsgefäß 3 und dem Konusring Container angeordnet. Das schaltbare Ventil 14 dient dazu, dass im geschlossenen Zustand des Ventils zum Beispiel ein Temperatursensor 17 im eingebauten Zustand im Fluid-Vorratsgefäß 3 kalibrieren zu können. Weiterhin ist auch ein Schließen des schaltbaren Ventils 14 im Betrieb möglich, um kurzzeitig einen etwas höheren Druck im Dampferzeuger anzufahren. Weiterhin ist ein leitend geschaltetes viertes schaltbares Ventil 15 zwischen dem Konusring Container und dem Kondensatgefäß 8 und ein sperrend geschaltetes fünftes schaltbares Ventil 16 zwischen dem Kondensatgefäß 8 und dem Fluid-Vorratsgefäß 3, zur Rückführung des Wassers in das Fluid-Vorratsgefäß 3, angeordnet. In diesen Schaltpositionen der schaltbaren Ventile 13, 14, 15, 16 wird der in dem Fluid-Vorratsgefäß 3 erzeugte Wasserdampf, dessen Temperatur mit dem Temperatursensor 17 gemessen wird, durch den Dampfdruck in die Aussparung 7 und von dort aus als Kondensat in das Kondensatgefäß 8 gefördert.
Wurde eine ausreichende Menge Kondensat in das Kondensatgefäß 8 gefördert, wird das vierte schaltbare Ventil 15 geschlossen und das zweite schaltbare Ventil 13 und das fünfte schaltbare Ventil 16 geöffnet. Es wird dem Kondensatgefäß 8 kein weiteres Kondensat zugeführt. Das Kondensat wird durch die Schwerkraft g vom Kondensatgefäß 8 in das Fluid-Vorratsgefäß 3 gefördert. In Figur 2 ist die elektrisch angetriebene Heizung 1 der Figur 1 für eine Reifen-Heizpresse 2 mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 bei der Kondensatrückgewinnung mit dieser Schaltung der schaltbaren Ventile 13, 14, 15, 16 dargestellt.
Ist das Wasser in das Fluid-Vorratsgefäß 3 zurückgefördert worden, wird die in der Figur 1 dargestellte Schaltung der schaltbaren Ventile 13, 14, 15, 16 vorgenommen und das Verfahren beginnt von vorne.
In Figur 3 ist eine elektrisch angetriebene Heizung 1 für eine Reifen-Heizpresse 2 mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 und einer Pumpe 18 dargestellt. Die Reifen-Heizpresse 2 entspricht der der Figur 1 . Die elektrisch angetriebene Heizung 1 ist eine zu Figur 1 alternative Ausführungsform, die jedoch mit der Ausführungsform der Figur 1 kombinierbar ist, beispielweise indem zwischen der Aussparung 7 und dem Kondensatgefäß 8 die Pumpe 18 angeordnet wird.
Die elektrisch angetriebene Heizung 1 weist das Fluid-Vorratsgefäß 3 mit dem Temperatursensor 17 sowie über das 3/2-Wege Ventil 9 angebunden ein Sicherheitsventil 10, ein Entlüftungsventil 11 und ein erstes schaltbares Ventil 12 auf. Die Verrohrung 4 ist starr ausgeführt und weist lediglich einen flexiblen Bereich 6 zur Montage an verschiede Konusring Container auf. Die Pumpe 18 zur Förderung des Kondensats ist zwischen dem Konusring Container und dem Fluid-Vorratsgefäß 3 angeordnet. Befindet sich die elektrisch angetriebene Heizung 1 im Betrieb wird Wasserdampf durch seinen Druck vom Fluid-Vorratsgefäß 3 in die Aussparung 7 gefördert. Dort kondensiert der Wasserdampf zu Kondensat, das mit der Pumpe 18 in das Fluid-Vorratsgefäß 3 gefördert wird.
Bezugszeichenliste
1 elektrisch angetriebene Heizung
2 Reifen-Heizpresse
3 Fluid-Vorratsgefäß
4 Verrohrung
5 Fluid beheizte Form
6 flexibler Bereich
7 Aussparung
8 Kondensatgefäß
9 3/2-Wege Ventil 0 Sicherheitsventil 1 Entlüftungsventil 2 erstes schaltbares Ventil 3 zweites schaltbares Ventil 4 drittes schaltbares Ventil 5 viertes schaltbares Ventil 6 fünftes schaltbares Ventil 7 Temperatursensor 8 Pumpe 9 elektrisch betreibbares Heizmittel g Schwerkraft

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) für dampfbeheizte Verbraucher (2) aufweisend ein Fluid-Vorratsgefäß (3) zur Aufnahme eines Fluids, eine Fluid beheizte Form (5) sowie eine Verrohrung (4) des Fluid-Vorratsgefäßes (3) mit der Fluid beheizten Form (5) sowie einem Temperatursensor (17) und/oder Drucksensor sowie einem mit dem Fluid in thermischer Wechselwirkung stehendem mittels elektrischer Energie betreibbarem Heizmittel (19), dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid-Vorratsgefäß (3) sowie der Temperatursensor (17) und/oder Drucksensor und das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel (19) in unmittelbarer Nähe der Fluid beheizten Form (5) angebracht sind.
2. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der dampfbeheizte Verbraucher eine Reifen-Heizpresse ist, insbesondere Profilsegmente und/oder eine obere Heizplatte und/oder eine untere Heizplatte der Reifenheizpresse.
3. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrohrung (4) für Montagezwecke einen flexiblen Bereich aufweist, wobei die anderen Bereiche der Verrohrung (4) starr sind.
4. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung (1 ) zeitgleich zur Beheizung genau eines Fluid beheizten Verbrauchers geeignet und/oder verwendbar ist.
5. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel eine Heizwendel und/oder ein Induktionsgenerator, der bevorzugt eine Wandung des Fluid-Vorratsgefäß (3) induktiv erwärmt und/oder eine Kraftwärmemaschine, insbesondere eine Wärmepumpe ist.
6. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung (1 ) eine Ventilschaltung aufweist, deren Betätigung eine Förderung des Fluids durch die Fluid beheizte Form (5) mittels Dampfdrucks ermöglicht.
7. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid beheizte Form aus einem Metall besteht.
8. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschaltung ein viertes schaltbares Ventil (15) an einer Ableitung von der Fluid beheizten Form (5) und ein fünftes schaltbares Ventil (16) an einer Flüssigphasenleitung von dem Kondensatgefäß (8) zu dem Fluid-Vorratsgefäß (3) und ein zweites schaltbares Ventil (13) an einer Dampfphasenleitung zwischen dem Fluid-Vorratsgefäße (3) und dem Kondensatgefäß (8) aufweist.
9. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Heizung (1 ) auf einen Betriebsdruck von weniger als 12 bar ausgelegt ist.
10. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Heizung (1 ) für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt ist.
11. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Heizung (1 ) ein geschlossenes System ist.
12. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser aufweist oder daraus besteht oder ein Wärmeträgeröl oder ein Kältemittel ist.
13. Elektrisch angetriebene Heizung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid-Vorratsgefäß (3) sowie die Verrohrung (4) Teilbereiche eines Wärmerohres sind.
14. Verfahren zum Betreiben einer elektrisch angetriebenen Heizung (1 ) eines dampfbeheizte Verbrauchers (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte eines Temperatursensors (17) und/oder Drucksensors mit Sollwerten verglichen werden und die Heizleistung eines elektrisch angetriebenen Heizmittels (19) zum Annähern des Messwertes an den Sollwert angepasst wird.
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