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Die Erfindung betrifft eine Thermalfluidheizanlage, insbesondere für Bitumentankanlagen, mit zumindest einem thermalfluidbeheizten Lagertank und zumindest einer thermalfluidbeheizten Transportleitung.
Derartige Heizanlagen sind beispielsweise Im Zuge von Asphaltmischanlagen notwendig, wo Bitumen in Lagertanks auf der zur Verarbeitung erforderlichen Temperatur gehalten werden muss. Das Bitumen wird mit etwa der Verarbeitungstemperatur von ca. 150-190'C angeliefert und in zumindest einem Tank gelagert. Da die angeschlossene Bitumenverbrauchsanlage nicht kontinuierlich arbeitet, muss das Bitumen oft längere Zeit gelagert und müssen Wärmeverluste in dem oder jedem Tank ergänzt werden. Dazu dient in den meisten Fällen - wie beispielsweise in der DE-22 16 775 B beschrieben ist - ein Thermalfluidheizaggregat, vorzugsweise mit einem Thermalöl.
Dabei wird mittels Primärenergie aus der Verbrennung von Heizöl oder Gas ein spezielles Thermalöl erhitzt und in einem Primärkreislauf zu zumindest einem Wärmetauscher im Lagertank geleitet. Über einen Thermostat pro Tank wird beispielsweise ein Ventil so gesteuert, dass bei Wärmebedarf heisses Thermalöl aus dem Vorlauf des Primärkreislaufes durch den Wärmetauscher strömt.
Besteht kein Wärmebedarf, zirkuliert das Öl in kurzem Kreislauf um den Erhitzer und wird nur durch kurzzeitiges Ein- und Ausschalten des Brenners über einen Thermostat auf der gewünschten Vorlauftemperatur gehalten.
Alle Bitumenentnahmeleitungen, die oft als Ringleitung und oft in zwei getrennten Kreisen ausgeführt sind, alle Bitumenpumpen, auch die Befüllpumpe der Tanks, sowie alle Ventile dieser Leitungen müssen zur Erhaltung der Fliessfähigkeit des Bitumens ebenfalls beheizt werden. Sie sind daher als Doppelmantellei- tungen oder als Begleitungsheizung ausgeführt, durch welche ebenfalls das Thermalfluid zirkuliert. Da aber der Fliesswiderstand für beispielsweise das Thermalöl in den Doppelmantelleitungen oder den Begleitrohreizungen höher Ist als in den Wärmetauschern der Lagertanks, wird meist ein Sekundärkreislauf mit eigener Thermalölpumpe gebildet.
Der Wärmebedarf dieses Sekundärkreislaufes ist erheblich geringer als jener der Wärmetauscher in den Lagertanks. Dazu kommt noch, dass der Wärmebedarf in den beiden Kreisläufen in keinem zeitlichen Zusammenhang steht. Wenn nun nur Wärmebedarf im Sekundärkreislauf besteht, muss trotzdem der Primärkreislauf in Betrieb gehen und das Thermalölheizaggregat arbeiten. Dessen Leistung ist aber für den Sekundärkreislauf zu gross, sodass die jeweilige Einschaltzeit des Brenners nur kurz ist. Durch diesen "Stotterbetrieb"kommt es zu einem sehr ungünstigen Betriebsverhalten des Systems in Bezug auf Wirkungsgrad, Emissionswerte und auch Störanfälligkeit. Weiters besteht keine Motivation in eine an sich sinnvolle Verbesserung oder Ausbesserung der Wärmeisolation, da diese zu einem noch ungünstigeren Betriebsverhalten führt.
Schliesslich werden Störungen am Brenner des Heizaggregates erst bemerkt, wenn die angeschlossene Anlage, meist eine Asphaltmischanlage, in Betrieb gehen soll, da der Sekundärkreislauf täglich vor Betriebsbeginn der angeschlossenen Anlage ohne Kontrolle durch Betriebspersonal gestartet werden muss.
Dies führt zu teuren Verzögerungen in der Produktion.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung war eine Thermalfluidheizanlage der eingangs angegebenen Art, bei der die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden. Es soll eine Heizanlage geschaffen werden, die ein günstiges Betriebsverhalten aufweist und einen hohen Wirkungsgrad sowie niedrige Emissionswerte und wenig Störungsanfälligkeit aufweist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss erreicht durch eine absperrbare Verbindungsleitung, die mit umgekehrter Strömungsrichtung von der Vorlaufseite der Heizung zumindest eines Lagertanks ausgeht und in den Vorlauf der Heizung für die Transportleitung mündet. Damit muss bei Wärmebedarf in den Transportleitungen nicht mehr der Primärkreislauf in Betrieb gehen, sondern es kann der Wärmeinhalt des Bitumens im Lagertank zur Aufheizung des Thermalfluids verwendet werden. Durch den geringen Wärmebedarf zur Heizung der Transportleitungen geht der Verbrauch der Wärmeenergie im Lagertank nur sehr langsam vor sich, sodass der Sekundärkreislauf lange Zeit ohne Betrieb des Thermalfluidheizaggregates versorgt werden kann.
Ist die Temperatur im Lagertank nach längerer Zeit unter die am Thermostat eingestellte Temperatur gesunken, startet das Heizaggregat und erhitztes Thermalfluid wird durch die Wärmetauscher in den Tanks geleitet. In der Zwischenzeit wird, vorausgesetzt es besteht weiter Bedarf, auch der Sekundärkreislauf weiter über die Verbindungsleitung mit einem Teilstrom des heissen Fluids versorgt. Ansonst wird die Verbindungsleitung abgesperrt und nur der Primärkreislauf in Betrieb gehalten. Auf jeden Fall wird das Thermalfluidheizaggregat immer mit voller Leistung und über längere Perioden gefahren, was zu besseren Emissionswerten, besserer Brennstoffausnützung und geringerer Störanfälligkeit, d. h. in Summe zu einem verbesserten Betriebsverhalten des gesamten Systems, führt.
Andererseits wird selbst bei einer Störung des Brenners im Regelfall genügend Restwärme in den Lagertanks vorhanden sein, dass der Sekundärkreislauf bis zur Behebung der Störung mit Wärme versorgt werden kann. Vor allem das Aufheizen der angeschlossenen Anlage vor Betriebsbeginn ist damit gesichert.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung Ist in jedem Lagertank, wie an sich bekannt, ein Wärmetauscher angeordnet und über eine Vorlaufleitung mit einem Thermalfluiderhitzer verbunden, ist der Thermatf ! u) derhitzer über eine Vorlaufleitung mit der Heizung der Transportleitung verbunden, und ist zumindest eine Vorlaufleitung vor dem Wärmetauscher im Lagertank über eine Verbindungsleitung mit der Vorlaufleitung für die Transportleitung verbunden. Diese Ausführung gewährleistet eine besonders wirkungsvolle Ausnützung des Wärmeinhaltes der Lagertanks für den Sekundärkreislauf.
Vorteilhafterwelse Ist vorgesehen, dass die Verbindungsleitung vor einer in der Vorlaufleitung für die Transportleitung vorgesehenen Thermalfluid-Förderpumpe in die Vorlaufleitung mündet. Dadurch kann ohne Aktivierung des Primärkreislaufes. selbst der Primärpumpe, das Thermalfluid durch den Lagertank angesaugt und zur Heizung der Transportleitungen und/oder-pumpen in den Sekundärkreislauf gesaugt werden.
Wenn gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal der Wärmetauscher jedes Lagertanks von der Vorlaufleitung bzw. von der Rücklaufleitung zum Thermalfluiderhitzer mittels in den Leitungen angeordneten Ventilen absperrbar ist und die Verbindungsleitung zum Vorlauf der Heizung zwischen diesem Ventil und dem Wärmetauscher im Lagertank abzweigt, kann die Mischung von Thermalfluid aus dem Vorlauf des Primärkreislaufes mit durch den Inhalt der Lagertanks aufgeheiztem Thermalfluid sicher vermieden werden.
Dadurch ist eine vollständige und sichere Trennung von Primär- und Sekundärkreislauf, auch in betriebsmässiger Hinsicht, sichergestellt.
Vorzugsweise kommt als Thermalfluid ein Thermalöl zum Einsatz, was einen besonders guten Wirkungsgrad beim Betrieb der Anlage und einen sicheren Betrieb gewährleistet.
In der nachfolgenden Beschreibung soll ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher aber nicht einschränkend erläutert werden.
Die Zeichnungsfigur zeigt ein Schema einer erfindungsgemässen Bitumenentankanlage, wie sie beispielsweise in Verbindung mit einer Asphaltmischanlage genützt wird.
Das zum Betrieb der angeschlossenen Anlage benötigte Bitumen wird beispielsweise durch Tankfahrzeuge mit ca. 150 bis 190. C geliefert und in vier separaten Lagertanks 1 bis zum Verbrauch aufbewahrt.
In diese Tanks 1 mit zwischen meist 30 und 100 Tonnen Fassungsvermögen wird es über eine Befüllpumpe 2 und Abzweigventile 3 geleitet. Diese Tanks 1 sind natürlich mit einer Isolierung versehen, die neben der Lagertemperatur, der Aussentemperatur und der Verweilzeit aufgrund der nicht-kontinuierlichen Arbeitsweise der angeschlossenen Asphaltmischanlage die Wärmeverluste des Bitumens bestimmt. Von den Lagertanks 1 geht jeweils eine hier beispielsweise als Doppelmantelleitung ausgeführte Entnahmeleitung 4 aus, die in eine ebenfalls als Doppelmantelleitung ausgeführte Sammelleitung 5 mit Steuerventilen 6, einer Förderpumpe 7 und einer über Ventile 8 absperrbaren Bypassleitung 9 um die Förderpumpe 7 einmünden.
Zur Beheizung des Primärkreislaufes und bei Bedarf auch des Sekundärkreislaufes ist ein Thermalölheizaggregat 10 vorhanden, das mit Heizöl, mit Erdgas oder Flüssiggas betrieben wird und in dem ein spezielles Thermalöl in einem Heizkessel mit einer Wärmeleistung von typischerweise zwischen 100 und 400 kW erhitzt wird. Mittels der Primärpumpe 11 wird der Kreislauf des Thermalöls durch die Vorlaufleitung 12, die Wärmetauscher 13 in den Lagertanks 1 und die Rücklaufleitung 14 bei Bedarf aufrechterhalten. Die Strömungsnchtung des Thermalöls im normalen Betrieb ist durch Richtungspfeile auf den Leitungsbahnen symbolisiert. Der Bedarf an Thermalöl wird durch Thermostate in jedem Lagertank 1 ermittelt. Die Wärmetauscher 13 sind vorzugsweise als Rohrschlangen ausgeführt.
Durch die Thermostate wird auch jeweils ein Motorventil 15 in der Vorlaufleitung 12 so angesteuert, dass bei Wärmebedarf zum Ausgleichen des Wärmeverlustes heisses Thermalöl aus dem Vorlauf 12 durch den Wärmetauscher 13 strömt, bis die vorgewählte Temperatur des Bitumens wieder erreicht ist. Vorteilhafterweise sind auch hinter dem Wärmetauscher 13 In der Rücklaufleitung 14 Ventile 16 vorgesehen, mit welchen der jeweilige Wärmetauscher komplett aus dem Primärkreislauf genommen werden kann.
Besteht kein Wärmebedarf in den Lagertanks 1, zirkuliert das Thermalöl allenfalls in kurzem Kreislauf um den Kessel und wird durch kurzzeitiges Ein- und Ausschalten des Brenners auf der gewünschten Vorlauftemperatur, meist 10 - 20. C über der höchsten gewünschten Bitumentemperatur in den Lagertanks, gehalten. Im Primärkreislauf sind auch noch vorteilhafterweise ein Entgaser 17 für das ausgekühlte Thermalöl aus dem Rücklauf, ein Ausgleichsgefäss 18, und ein Sammelgelfäss 19 sowie die zugeordneten Ventile vorgesehen.
Da Bitumen je nach Qualität erst zwischen 100 und 160 C fliessfähig ist und trotz der Wärmeisolierung der Entnahmeleitungen 4,5, 9 nach einer Betriebsunterbrechung eine Wiederinbetriebnahme der Anlage nicht möglich wäre, sind diese Leitungen 4, 5. 9, die darin angeordneten Ventile 6,8 sowie die Befüllpumpe 2 und die Förderpumpe 7 als Doppelmantelleitungen bzw. mit einer Begleitrohrheizung versehen.
Dazu ist ein Sekundärkreislauf gebildet, der eine Abzweigleitung 20 von der Vorlaufleitung 12 des Primärkreislaufes, eine Vorlaufleitung 21 mit einer Sekundärpumpe 22, die Doppelmantelleitungen 4, 5, 9 und die zugehörigen Ventile und Pumpen 2, 6,7, 8 und eine Rücklaufleitung 23 umfasst, wobei die Rücklaufleitung 23 wieder in
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die Rücklaufleitung 14 des Primärkreises mündet.
Um nun den relativ grossen Wärmeinhalt des Bitumens in den Lagertanks 1 zur Bereitstellung des viel kleineren Wärmebedarfes im Sekundärkreislauf 2, 4,5, 6, 7, 8, 9,21, 22. 23 ausnutzen zu können, zweigt hinter zumindest einem der Motorventile 15 im Vorlauf 12 des Primärkreislaufes, der jetzt als Rücklauf des Sekundärkreislaufes verwendet wird, eine Verbindungsleitung 24 ab, die über das Dreiwegeventil 25 absperrbar mit dem Vorlauf 21 des Sekundärkreislaufes in Verbindung steht. Auch die Abzweigleitung 20 ist über das Dreiwegeventil 25 mit dem Vorlauf 21 des Sekundärkreislaufes verbunden. Die in diesem Betriebszustand herrschende Strömungsrichtung in der Verbindungsleitung 24 und dem bisherigen Rücklauf 14 ist durch einen Pfeil neben den Leitungsbahnen gekennnzeichnet.
Ist der Wärmeinhalt des Bitumens in den Lagertanks 1 noch hoch genug, sind die Ventile 15 zwischen den Wärmetauschern 13 und dem Vorlauf 12 des Primärkreislaufes geschlossen. Bei Wärmebedarf im Sekundärkreislauf gibt das Dreiwegeventil 15 die Verbindungsleitung 24 frei und von der Pumpe 22 kann Thermalöl in umgekehrter Richtung als im Primärkreislauf durch den Wärmetauscher 13 gesaugt, darin durch das Bitumen erwärmt und weiter in den Vorlauf 21 des Sekundärkreislaufes eingespeist werden.
Damit wird eine kurzfristige und in Bezug auf die Emissionswerte, die Wirtschaftlichkeit und die Erhöhung der Störungsanfälligkeit nachteilige Inbetriebnahme des Thermalölheizaggregates 10 vermieden. Durch Nicht-Betrieb des Primärkreislaufes sind auch dessen Isolationsveriuste niedriger und elektrische Energie für kurzfristiges Starten und den Betrieb der Umwälzpumpe 11 wird eingespart.
Sollte die Temperatur im Lagertank 1 bei geöffneter Verbindungsleitung 24 zu stark abfallen, wird das Thermalölheizaggregat 10 in Betrieb genommen und versorgt nun sowohl den Primärkreislauf zur Aufheizung des Bitumens in den Lagertanks 1 über die Wärmetauscher 13 als auch mit einem Teilstrom des erhitzten Thermalöls weiter den Sekundärkreislauf. Dieser Teilstrom wird wieder über die noch immer geöffnete Verbindungsleitung 24 in den Vorlauf 21 des Sekundärkreislaufes abgezweigt. Durch die notwendige Erwärmung des Bitumens in den Tanks 1 bleibt das Heizaggregat 10 längerfristig In Betrieb, sodass sich gute Emissionswerte, eine gute Brennstoffausnützung und guter Wirkungsgrad - durch lange, unterbrechungsfreie Laufzeit - sowie keine Erhöhung der Störanfälligkeit ergeben.
Reicht der Wärmeinhalt im Bitumen bei Wärmebedarf im Sekundärkreislauf nicht aus, hält das Ventil 25 die Verbindungsleitung 24 geschlossen und öffnet dafür die Abzweigleitung 20, sodass erhitztes Thermalöl aus dem Primärkreislauf - der dafür allenfalls gestartet werden muss-über die Pumpe 22 angesaugt werden kann. Da aber in diesem Fall ohnehin auch in kurzer Zeit das Bitumen in den Tanks 1 wieder aufgewärmt werden muss, sind auch hier lange Betriebszeiten des Primärkreislaufes und des Thermalölheizaggregates 10 unter Erzielung der zuvor genannten Vorteile und Effekte gewährleistet. In jedem Fall wird durch die erfindungsgenmässe Ausgestaltung der Anlage das Thermalölheizaggregat 10 immer mit voller Leistung und über längere Perioden gefahren werden können.
Vorzugsweise wird die elektrische Steuerung des gesamten Thermalölsystems so geändert, dass der Brenner 10 und die Primärpumpe 11 erst nach Meldung eines Temperaturbedarfes von mindestens einem Lagertank 1 gestartet werden. Der Sekundärkreislauf kann vorteilhafterweise über eine Schaltuhr nach zeitlichem Bedarf, die Sekundärpumpe über einen Thermostat nach der benötigten Temperatur gesteuert werden.
Die erfindungsgemässe Modifikation der Anlage eignet sich sowoh für die Nachrüstung bestehender Systeme als auch für die Anwendung bei Neubauten.
Der Brenner 10 kann in seiner Leistung durch die erfindungsgemässe Anlagenbauweise genau auf die Leistung des oder der Wärmetauscher 13 in den Tanks 1 ausgelegt werden.