DE2316349A1

DE2316349A1 - Verfahren zum regeln der waermeuebertragung in waermetauschern und fuer die anwendung des verfahrens vorgesehener waermetauscher

Info

Publication number: DE2316349A1
Application number: DE2316349A
Authority: DE
Inventors: Hubert Fluhr; Manfred Ohlmeyer
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1973-04-02
Filing date: 1973-04-02
Publication date: 1974-10-17
Also published as: GB1465316A

Description

GESELLSCFIAFT FÜR 75 Karlsruhe, den 22.3.1973

KERNFORSCHUNG MBH PLA 73/18 ■ Sdt/rh

Verfahren zum Regeln der Wärmeübertragung in Wärmetauschern und für die Anwendung des Verfahrens vorgesehener Wärmetauscher.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Wärmeübertragung in Wärmetauschern durch Variieren der Wärmezufuhr bzw. -abfuhr über das Primärmedium in Abhängigkeit von der Temperatur des Sekundärjnediums, sowie einen Wärmetauscher für die Anwendung dieses Regelverfahrens, bestehend aus einem Behälter mit Zu- und Ablauf als Sekundärkreis und einem darin gelegenen Primärkreis für die Zufuhr bzw. Abfuhr der zu übertragenden Wärme und einem im Behälter angeordneten Temperaturfühler, der die Wärmezufuhr bzw. -abfuhr des Primärkreises steuert.

Wärmetauscher dieser Art werden unter anderem als Warmwasserbereiter verwendet. Dabei sind diese nach dem Speichersystem arbeitenden Wärmetauscher üblicherweise mit einer Regeleinrichtung ausgerüstet, die jedoch bei einer Teilentnahme aus dem Sekundärkreis bzw. aus dem Speicher

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nicht sofort anspricht, um das über den Einlaß zugeflossene Wasser auf die gewünschte Temperatur des Speichers bzw. Sekundärkreises aufzuheizen. Damit steht bei einer Spitzenentnahme aus diesem die errechnete und vorgesehene Kapazität fast nie zur Verfügung.

Bei einem bekannten Wärmetauscher mit Speicherbehälter ist in diesem ein Temperaturfühler eingesetzt, der bei einer bestimmten Temperatur die Wärmezufuhr über den Primärkreis öffnet. Erfolgt jedoch die Wärmeabgabe aus dem Speicher sehr langsam, so füllt sich der Behälter von unten her mit Wasser niedriger Temperatur, ohne daß diese vom. Fühler registriert werden kann. Erfolgt nun eine sehr starke Entnahme aus dem Behälter, bzw. dem Sdcundärkreis, so steht die vorgesehene Wärmekapazität im Wärmetauscher nicht zur Verfügung.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Regeln der Wärmeübertragung in Wärmetauscher sowie einen zur Anwendung dieses Verfahrens geeigneten Wärmetauscher zu schaffen, durch welches ständig eine volle Ausnutzung der Wärmekapazität des Wärmetauschers ermöglicht wird. Dabei soll die Temperatur schic htung in dem als Sekundärkreis dienenden Behälter des Wärmetauschers erhalten bleiben.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabenstellung besteht bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art darin, daß dem die Temperatur des Sekundärmediums messenden und den Regelkreis für die Wärmezufuhr bzw. -abfuhr steuernden Temperaturfühler ein zusätzliches Temperatur signal vom Einlaß des Sekundärkreises überlagert wird.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß bei einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art darin, daß der Wärxnetauscher mit einer Bypaßleitung versehen ist, die vom Zulauf in den Innenraum des Behälters führt und deren Strömung den Temperaturfühler zusätzlich beaufschlagt.

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Auch dadurch wird bei geringer Wasserentnahme aus dem Sekundärkreislauf durch den kühleren Teilstrom sofort Wärmebedarf vom Temperaturfühler signalisiert. Die Erfindung eignet' sich in besonders vorteilhafter Weise für einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme aus einem Heizkreis auf einen Wasserkreis mit vorbestimmter Temperatur, bei welchem die Wasserzuleitung im unteren und die Wasserableitung im oberen Bereich sowie der Temperaturfühler dazwischen gelegen ist und Wärme je nach Wasserentnahme aus dem Sekundärkreis durch den Heizkreis nachgeliefert wird. Bei einem solchen Wärmetauscher besteht die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe darin, daß die Bypaßleitung vom Wassereinlaß nach oben führt und in den Behälter mündet und daß der Temperaturfühler an der Einmündung in der Leitung so angebracht ist, daß er die Temperatur von der Bypaßleitung und den Behälterinnenraum als Mischtemperatur erfaßt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist als Temperaturfühler ein selbsttätiger Ausdehnungsfühler für Regler ohne Hilfskraft vorgesehen, dessen Fühlrohr mit einer vorbestimmten Länge koaxial in die Bypaßleitung eingeschoben ist und aus ihr heraus ein vorbestimmtes Stück in den Behälterinnenraum hineinragt. Der Temperaturfühler kann dabei in an sich bekannter Weise im oberen Drittel des Behälters zwischen Ein- und Auslaß angeordnet sein, was wegen der Temperaturschichtung im Behälter besonders günstig ist.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht nur auf Wärmetauscher beschränkt, bei denen der Sekundärkreislauf aus einem Behälter besteht, sie ist in vorteilhafter Weise auch auf Wärmetauscher anwendbar, bei denen der Sekundärkreis als geschlossener Kreislauf durch ein Zwischenmedium geführt ist. Bei einem solchen Wärmetauscher besteht die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung darin, daß der Sekundärkreis vom Behalterinnenraum getrennt und mit dem Primärkreis über ein im Behälter befindliches Zwischenmedium wärmeleitend verbunden ist unddaß die in den Behälter füh-

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rende Bypaßleitung in den Sekundärkreis in der Stelle einmündet, an ■welcher sich die wirksame Stelle des Temperaturfühlers befindet. In vorteilhafter Weise kann diese Stelle in ähnlicher Weise ausgebildet sein, wie die Stelle am Wärmetauscher mit Behälter als Sekundärkreis.

Das beschriebene erfidungsgemäße Verfahren ermöglicht es in vorteilhafter Weise einen Wärmetauscher immer auf voller Wärmekapazität zu halten. Der gemäß des konstruktiven Teils der Erfindung ausgebildete Wärmetauscher gestattet eine besonders vorteilhafte Anwendung dieses Verfahrens.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher, in dem das neue Regelverfahren angewendet wird und

Figur 2 die vergrößert dargestellte Einzelheit A der Figur 1.'

Die Figur 1 zeigt schematisch einen Wärmetauscher 1 in Form eines Warmwas serbereiters. Der Warmwasserbereiter 1 dient als Sekundärkreislavif mit der Kaltwasserzufuhr 2 und der Warmwasserentnahme 3. In die Wasser entnahmeleitung 3 sind Warmwasserzapfstellen 5 sowie eines Rückleitung 4 eingeschaltet. Der Primärkreis des Wärmetauschers besteht aus der Heizleitung 7, die sowohl mit Heißwasser, Dampf oder direkt beaufschlagt werden kann. Die Wärmezufuhr wird über ein Regelorgan 9 geregelt, welches von einem Temperaturfühler 8 direkt gesteuert wird. Der Temperaturfühler 8 befindet sich etwa im oberen Drittel des Wärmetauschers 1 und besteht aus einem selbsttätigen Ausdehnungsfühler für Regeler ohne Hilfskraft, dessen wirksame Stelle im Medium innerhalb des Wärmetauschers 1 gelegen ist. Von der Kaltwasserzufuhr 2 ist eine Bypaßleitung bzw. Teil stromleitung IO abgezweigt, die in den Wärmetauscher 2 hineinführt und an der Stelle mündet, an welcher der Temperaturfühler 8 ange-

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ordnet ist. Diese Stelle ist mit A bezeichnet und als Einzelheit in der Figur 2 näher erläutert. An der Zulaufleitung 2 ist weiterhin eine Leitung 6 mit einem Sicherheitsüberdruckventil angebracht.

Die Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Einzelheit A aus der Figur 1. In die Wand 11 des "Warmwasserbereiters bzw. Wärmetauschers 1 ist ein Rohr 16 eingesetzt, in welches die Bypaßleitung IO von unten her aus der Zulaufleitung 2 kommend eingesetzt ist. In dieser Leitung IO strömt ein Teilstrom. 13 nach oben in das Innere 12 des Wärmetauschers. In das Rohr 16 ist nun ein Temperaturfühler 8 so eingeschoben, daß seine wirksame Fläche 17 sowohl von der Temperatur des Teilstrpmes als auch der Temperatur des Innenraumes beaufschlagt ist und eine Mischtemperatur abfühlt. Der Temperaturfühler 8 steuert mit Hilfe einer Leitung 15 das Regelorgan 9, das in der Figur 1 dargestellt ist. Die Einstellung des Temperaturmischwertes kann dadurch erfolgen, daß entweder ein großer Teilstrom auf eine kleine Länge des Temperaturfühlers oder ein kleiner Teilstrom auf eine große Länge des Temperaturfühlers gebracht wird. Der Teilstrom 13 kann dabei mittels des Drosselorgans 14 eingestellt werden.

Bei dieser Ausführungsform bzw. Einbauart des Temperaturfühlers wird nun nicht nur alleine die Temperatur des Mediums im Raum 12 gemessen, sondern es wird eine Mischtemperatur abgefühlt, die sich je nach den eingestellten Verhältnissen aus den Temperaturen des Teilstromes 13 sowie des Mediums im Innenraum 12 einstellt.

Durch diese Anordnung wird der Nachteil, der darin besteht, daß bei gewünschter Temperatur schichtung im Warmwasserbereiter der Temperatur- · fühler des Regelkreises erst nach einer Teilentladung anspricht und Wärmezufuhr fordert, beseitigt. Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird bei einer Entnahme aus dem Sekundärkreislauf bzw. dem Behälterinnenraum sofort Wärmebedarf über den Teilstrom mit niedrigerer Temperatur vom

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Fühler signalisiert. Die Wasserführung und Menge dieses Teilstroms gewährleistet dabei, daß die gewollte Temperaturbe schichtung im Behälter nicht gestört wird und eine Überhitzung nicht auftreten kann.

Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch ein erfindungsgemäßes Regelverfahren bei einer der beschriebenen Anlagen die gesamte installierte Wärmekapazität ausgenutzt werden kann. Der vorgeschlagene Wärmetauscher mit vorgesehener Regeleinrichtung ist dafür besonders günstig, da eine vorherige teilweise !Erschöpfung der Wärmekapazität durch T eil entnahmen verhindert wird, d. h. bei der Auslegung des Wärmetauschers kann auf einen etwaigen Sicherheitszuschlag verzichtet werden bzw. es kann der bei der Berechnung des Wärmetauschers anzusetzende Totraum entfallen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Wärmetauscher bzw. Warmwasserbereiter mit niedrigerer Temperatur betrieben werden kann, was zur Vermeidung von Korrosion günstig ist bzw. den Ausfall von Härtebildnern vermindert.

Mit der Erfindung werden somit die Vorzüge des Speicher- und Durchflußsystems bei Warmwasserbereitern vereinigt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Speichersysteme für Kälteanlagen, wobei die Temperaturverhältmsse im Vergleich zum Warmwasserbereiter umgekehrt werden. ·

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Claims

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 22. 3. 1973

KERNFORSCHUNG MBH PLA 73/18 Sdt/rh

Patentan Sprüche:

1Λ Verfahren zum Regeln der Wärmeübertragung in Wärmetauschern durch ^ Variieren der Wärmezufuhr bzw. -abfuhr über das Primär medium in Abhängigkeit von der Temperatur des Sekundärmediums, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Temperatur des Sekundärmediums messenden und den Regelkreis für die Wärmezufuhr bzw. -abfuhr steuernden Temperaturfühler ein zusätzliches Temperatursignal vom Einlaß des Sekundärkreises überlagert wird.
2. Wärmetauscher zur Anwendung für ein Regelverfahren nach Anspruch 1, bestehend aus einem Behälter mit Zu- und Ablauf als Sekundärkreis und einem darin gelegenen Primärkreis für die Zufuhr bzw. Abfuhr der zu übertragenden Wärme und einem im Behälter angeordneten Temperaturfühler, der die Wärmezufuhr bzw. -abfuhr des Primärkreises steuert, gekennzeichnet durch eine Bypaßleitung (1O), die vom Zulauf (2) in den Innenraum (12) des Behälters (1) führt und deren Strömung (13) den Temperaturfühler (8) zusätzlich beaufschlagt.·
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2 zur Übertragung von Wärme aus einem Heizkreis auf einen Wasserkreis mit vorbestimmter Temperatur, bei welchem die Wasser zuleitung im unteren und die Wasserableitung im oberen Bereich, sowie der Temperaturfühler dazwischen gelegen ist und Wärme je nach Wasserentnahme aus dem Sekundärkreis durch den Heizkreis nachgeliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (1O) vom Wassereinlaß (2) nach oben führt und in den Behälter (1) mündet und daß der Temperaturfühler (8) an der Einmündung (16) in der Leitung (1O) so angebracht ist, daß er die Temperatur von der Bypaßleitung und dem Behälterinnenraum als Mischtemperatur erfaßt.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler (8) ein. selbsttätiger Ausdehnung sfühler für Regler ohne Hilfskraft vorgesehen ist, dessen Fühlrohr mit einer vorbestimmten Länge koaxial in die Bypaßleitung (1O, 16) eingeschoben ist und aus ihr heraus ein vorbestimmtes Stück in den B ehälter innenr aum (12) hin-

• einragt.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler^) in an sich bekannter Weise im oberen Drittel des Behälters (1) zwischen Ein- und Auslaß (2,3) angeordnet ist.
6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis vom B ehalte rinnehr aum getrennt und mit dem Primärkreis über ein im Behälter befindliches Zwischenmedium wärmeleitend verbunden ist und daß die in den Behälter führende Bypaßleitung in den Sekundärkreislauf an der Stelle einmündet,

■ an welcher sich die wirksame Stelle des Temperaturfühlers befindet.
7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekuhdärkreis von dein den Behälterinnenraumbildenden Primärkreis für die Zufuhr der zu übertragenden Wärme getrennt ist undeine Bypaßleitung vom Zulauf außerhalb zum Zulauf innerhalb des Behälters aufweist, deren Strömung den Temperaturfühler zusätzlich beaufschlagt.

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