DE3102791A1 - Method for regulating the thermal economy of a heat consumer or heat generator and apparatus for carrying out the method - Google Patents

Method for regulating the thermal economy of a heat consumer or heat generator and apparatus for carrying out the method

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Abstract

Method and apparatus for regulating the heat quantities of a positively circulated liquid heat-transfer medium which are to be dispensed to a consumer, such as, for example, calender rolls, or which are to be received from a generator. By means of a regulating valve (4) in the inflow line (3) leading from the pump (2) to the consumer (1), the quantity of the heat-transfer medium circulated per unit time is varied in dependence on the temperature difference between the forward flow and return flow, in that, with a decreasing heat demand of the heat consumer or with a decreasing heat emission of the heat generator (1), the pump pressure is increased and, with an increasing heat demand of the consumer (1) or with an increasing heat emission of the generator (1), the pump pressure is decreased, in order respectively to reduce or increase the quantity of the heat-transfer medium circulated per unit time. <IMAGE>

Description

HEINZ H!TUSCHM*AW! ""PATENTANWALTHEINZ H! TUSCHM * AW! "" PATENT ADVOCATE

. THOMAS-WiMMER-RING 14 . D 8000 MÖNCHEN 22 TELEFON (089) 227887 . TELEX 524878 rrm. THOMAS-WiMMER-RING 14. D 8000 MONKS 22 TELEPHONE (089) 227887. TELEX 524878 rrm

WASTE-HEIZUNGEN GMBH München, 16»01 „1981WASTE-HEIZUNGEN GMBH Munich, 16 »01« 1981

An der Autobahn 29 P 801/80On the Autobahn 29 P 801/80

3O12.Langenhagen 1 Pu/rei3O12. Langenhagen 1 Pu / rei

Verfahren zur Regelung des Wärmehaushaltes eines Wärmeverbrauchers oder Wärmeerzeugers und Anlage zur Durchführung des VerfahrensMethod for regulating the heat balance of a heat consumer or heat generator and system for carrying out the process

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung der an einen Verbraucher abzugebenden oder von einem Erzeuger aufzunehmenden Wärmemengen eines im Zwangsumlauf geführten flüssigen Wärmeträgers.The invention relates to a method and a device to carry out the method for regulating the amount of heat to be delivered to a consumer or to be absorbed by a generator a forced circulation liquid heat transfer medium.

Zur Temperierung von Wärmeverbrauchern, wie zum Beispiel Kalanderwalzen, werden überwiegend Flüssigkeitssysteme mit Zwangsumlauf des Wärraeträgers verwendet. Der Zwangsumlauf erfolgt üblicherweise durch eine Kreiselpumpe9 welche die erforderliche Menge an Umlaufmediuni durch den Verbraucher fördert. Je nach den gegebenen Betriebsverhältnissen und der Produktionsart wird entweder Wärme vom Verbraucher bzw. Werkzeug an das zu erzeugende Produkt abgegeben oder es wird vom Produkt Wärme auf das Werkzeug (Kalanderwalze) übertragen und vom Umlaufmedium aufgenommen.For the temperature control of heat consumers, such as calender rolls, liquid systems with forced circulation of the heat carrier are predominantly used. The forced circulation is usually carried out by a centrifugal pump 9 which conveys the required amount of circulating medium through the consumer. Depending on the given operating conditions and the type of production, either heat is given off from the consumer or tool to the product to be produced, or heat is transferred from the product to the tool (calender roll) and absorbed by the circulating medium.

Die erforderliche Umlaufmenga des flüssigen Wärraeträgers richtet sich nach der zulässigen Temperaturdifferenz zv/ischen dem Vorlauf und Rücklauf am Verbraucher und der jeifeils anfallenden Wärmeleistung des Verbrauchers. Dabei wird die Höchstleistung nur beim Auf-The required amount of circulation of the liquid heat carrier is set up according to the permissible temperature difference between the flow and return at the consumer and the respective heat output of the consumer. The maximum performance is only achieved when

heizen und Abkühlen sowie bei schnellen Umtemperier-Vorgängen benötigt. Wenn stabile Betriebsbedingungen erreicht sind, verringern sich die zuzuführenden oder abzuführenden Wärmeleistungen, so daß man bei gleicher zulässiger Temperaturdifferenz am Verbraucher mit kleineren Umlaufmengen auskommt.heating and cooling as well as rapid temperature change processes are required. When stable operating conditions are reached, the heat outputs to be supplied or to be dissipated decrease, so that with the same permissible temperature difference at the consumer, it is possible to manage with smaller circulating quantities.

Da die Pumpe und deren Antriebsmaschine für die erforderliche größte Umlaufmenge ausgelegt sein müssen, arbeiten viele Anlagen während des ganzen Betriebes bzw. bei allen Betriebszuständen mit konstanter Umlaufmenge, d.h. es wird dauernd mit hoher Pumpenantriebsleistung gefahren, obwohl der Arbeitsprozeß dies nicht immer erfordern würde.Because the pump and its prime mover for the required largest Circulating volume must be designed, many systems work during of the entire operation or in all operating states with a constant circulation volume, i.e. it is constantly with high pump drive power driven, although the work process would not always require it.

Bei konstanter Umlaufmenge drückt sich die jeweilige Wärmeleistung durch die Änderung der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Wärmeträgers aus. Diese Änderung der Temperaturdifferenz kann als proportionale Regelgröße für eine variable Umlaufmenge benutzt werden. Eine Änderung der Umlaufmenge in Abhängigkeit von der vorgenannten Temperaturdifferenz ist möglich durch Änderung der Pumpencharakteristik bzw. durch Änderung der Antriebsdrehzahl der Pumpe, wobei direkt veränderte Motordrehzahlen oder das Dazwischenschalten irgend eines Drehzahlwandlers bzw. Getriebes möglich wäre. Alle diese Maßnahmen sind jedoch technisch aufwendig und teuer.With a constant amount of circulation, the respective heat output is expressed by changing the temperature difference between the flow and return temperatures of the heat transfer medium. This change in temperature difference can be used as a proportional control variable for a variable amount in circulation. A change in the amount in circulation as a function of of the aforementioned temperature difference is possible by changing the pump characteristics or by changing the drive speed of the pump, with directly changed engine speeds or the interposition of any speed converter or gearbox would be possible. However, all of these measures are technically complex and expensive.

Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, für eine Anlage der eingangs genannten Art ein neues, technisch einfach funktionierendes Verfahren bzw. eine technisch einfache Einrichtung zu schaffen, mit der die Leistung den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen in definierbaren Grenzen anpaßbar ist und die nicht nur bei neu zu installierenden Anlagen benutzbar ist, sondern auch ohne großen Umrüstaufwand in bereits bestehende Anlagen eingebaut werden kann.This is where the invention begins, the object of which is to provide a Plant of the type mentioned at the beginning of a new, technically simple functioning method or a technically simple device create, with which the performance can be adapted to the prevailing operating conditions within definable limits and not only can be used in new systems to be installed, but can also be built into existing systems without major retrofitting can.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Verbrauchers die pro Zeiteinheit umgewälzte Menge des Wärmeträgers verändert wird.This object is achieved according to the invention in that as a function of the temperature difference between the flow and the return of the consumer, the amount of the circulated per unit of time Heat carrier is changed.

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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Vorlaufdruck des Wärmeträgers derart verändert, daß bei sinkender Wärmeaufnahme des Wärmeverbrauchers oder bei sinkender Wärmeabgabe des Wärmeerzeugers der Pumpengegendruck erhöht und bei steigendem Wärmebedarf des Verbrauchers oder steigender Wärmeabgabe des Erzeugers der Pumpengegendruck erniedrigt wird, wobei die pro Zeiteinheit umgewälzte Menge des Wärmeträgers vermindert bzw. erhöht wird.According to a preferred embodiment, the flow pressure of the heat transfer medium is changed in such a way that with decreasing heat absorption of the Heat consumer or with decreasing heat output of the heat generator the pump counter pressure increases and with increasing heat demand of the consumer or increasing heat output of the generator, the pump back pressure is lowered, the circulated per unit of time Amount of heat transfer medium is reduced or increased.

Zur Durchführung des Verfahrens ist bei einer Anlage mit einer von einem Motor angetriebenen Kreiselpumpe zum Umwälzen des flüssigen Wärmeträgers innerhalb eines einen Wärmeverbraucher oder Wärmeerzeuger aufweisenden Wärmekreislaufes in der von der Pumpe zum Verbraucher bzw. Erzeuger führenden Zulaufleitung ein Regelventil angeordnet, das in Abhängigkeit von die Temperaturdifferenz zwischen dem Vorlauf und Rücklauf am Verbraucher bzw. Erzeuger ermittelnden Meßfühlern gesteuert wird.To carry out the method is a system with one of a motor-driven centrifugal pump for circulating the liquid heat carrier within a heat consumer or heat generator having a heat circuit in the supply line leading from the pump to the consumer or generator, a control valve is arranged, which determines the temperature difference between the flow and return at the consumer or generator as a function of Sensors is controlled.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further features of the invention emerge from the subclaims.

Die erfindungsgetnäföe Regelung der Antriebsleistung eines Pumpenmotors in Abhängigkeit der an einen Verbraucher abzugebenden oder von einem Erzeuger aufzunehmenden Wärmemenge eines im Zwangsumlauf geführten flüssigen Wärmeträgers (Temperierung) ist also sehr einfach, arbeitet betriebssicher und kann auch an bereits vorhandenen Anlagen angebaut werden. Im Hinblick auf die in aller Regel 24-stündige Betriebsdauer pro Tag für solche Anlagen ist die durch die Erfindung bewirkte Energie-Einsparung erheblich.The erfindungsgetnäföe control of the drive power of a pump motor depending on the amount of heat to be delivered to a consumer or to be absorbed by a generator, one in forced circulation guided liquid heat transfer medium (temperature control) is very simple, works reliably and can also be attached to existing systems. With regard to the usually 24-hour Operating time per day for such systems, the energy saving brought about by the invention is considerable.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage im Schema, das nachfolgend beschrieben ist.The drawing shows an embodiment of an inventive Plant in the scheme that is described below.

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage mit jeweils einem Wärmeverbraucher oder Erzeuger 1, zum Beispiel einer Kalanderwalze, die beheizt oder gekühlt werden soll, besteht im wesentlichen aus einer von einem Motor angetriebenen Umwälzpumpe 2, einem nach dieser Pumpe 2 in einer Zulaufleitung 3 angeordneten Regelventil 4,The system shown in the drawing, each with one heat consumer or generator 1, for example a calender roll, which to be heated or cooled, consists essentially of a motor-driven circulating pump 2, one after this pump 2 control valve 4 arranged in a feed line 3,

einem Dreiwegeventil 5 zur Regelung der Kühlung, einer in einem Heizkreislauf"16 installierten Heizeinrichtung 7 mit mit Dampfregelventil 6 und einem in einem Kühlkreislauf 15 vorgesehenen Kühler 8 sowie der Rücklaufleitung 9. Der Kühler 8 wird von einer Nebenschlußleitung 17 durchströmt.a three-way valve 5 for controlling the cooling, one in one Heating circuit "16 installed heating device 7 with a steam control valve 6 and a provided in a cooling circuit 15 cooler 8 and the return line 9. The cooler 8 is from a Shunt line 17 flows through.

Die Anlage arbeitet normalerweise mit konstanter, vorher eingestellter Vorlauftemperatur. Der Meßfühler 10 mißt die. Vorlauftemperatur und über den Regler 13 werden die Ventile 5 und 6 wie folgt beeinflußt: The system normally works with a constant, previously set Flow temperature. The sensor 10 measures the. Flow temperature and via the controller 13, the valves 5 and 6 are influenced as follows:

a) Beim Heizen ist das Ventil 5 bei geradem Durchgang voll geöffnet und das Dampfregelventil 6 öffnet je nach erforderlicher Heizleistung von 0 bis 100 %.a) When heating, the valve 5 is fully open with a straight passage and the steam control valve 6 opens from 0 to 100% depending on the required heating power.

b) Bei Betrieb ohne Wärmebedarf und ohne Wärmeabgabe ist das Ventil 6 geschlossen.b) When operating without heat demand and without heat emission, the valve 6 is closed.

c) Bei Kühlbetrieb schaltet das Ventil 5 bei geschlossenem Ventil 6, ausgehend vom Eckabgang 0 %, wobei der gerade Durchgang dann 100 % beträgt, entsprechend der erforderlichen Kühlleistung auf maximalen Eckabgang 100 %, wobei dann der gerade Durchgang 0 % beträgt.c) In cooling mode, the valve 5 switches when the valve 6 is closed, starting from the corner exit 0%, whereby the straight passage then 100%, corresponding to the required cooling capacity on the maximum corner exit 100%, with the straight Passage is 0%.

Dies erfolgt bei konstanter Umwälzmenge.This takes place with a constant circulation volume.

Vor und hinter dem Verbraucher 1 greifen in dessen Zulaufleitung und dessen Rücklaufleitung 9 Temperaturfühler 11 und 12 ein, welche die Temperaturen im Vor- und Rücklauf an einen Regler 14 weitergeben, der seinerseits das Regelventil 4 steuert. Dabei verläuft die vorgesehene Regelung so, daß bei sinkender Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf das Regelventil 4 mehr geschlossen wird, wodurch sich der Gegendruck für die Kreiselpumpe 2 erhöht. Entsprechend der Kennlinie einer Kreiselpumpe sinkt dadurch die Umwälzmenge und zwangsläufig der Leistungsbedarf der Pumpe 2. Die Antriebsleistung des Antriebsmotors der Pumpe 2 sinkt dadurch ebenfalls. Before and after the consumer 1, temperature sensors 11 and 12 intervene in its inlet line and its return line 9, which pass on the temperatures in the flow and return to a controller 14, which in turn controls the control valve 4. The intended regulation so that with decreasing temperature difference between flow and return the control valve 4 is closed more, whereby the back pressure for the centrifugal pump 2 increases. As a result, the circulating volume decreases in accordance with the characteristic curve of a centrifugal pump and inevitably the power requirement of pump 2. The drive power of the drive motor of pump 2 also falls as a result.

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Steigt dagegen die Temperaturdifferenz im Vor- und Rücklauf, so
macht das Regelventil 4 weiter auf, d.h. der Pumpengegendruck verkleinert sich, wodurch die Umlaufmenge vergrößert wird und die
Pumpenantriebsleistung steigt.If, on the other hand, the temperature difference increases in the flow and return, so
makes the control valve 4 further, that is, the pump back pressure is reduced, whereby the circulation is increased and the
Pump drive power increases.

Zur Steuerung des Kühlkreislaufes 15 ist ein Kühlwasser-Steuerventil 31 und zur Steuerung des Heizkreislaufes 16 ist ein Dampfsteuerventil 32 vorgesehen.A cooling water control valve is used to control the cooling circuit 15 31 and for controlling the heating circuit 16 is a steam control valve 32 provided.

Die Umwälzinenge stellt sich bei höchstzulässiger Temperaturdifferenz im Vorlauf 3 und Rücklauf 9 auf den kleinsten Wert ein.The circulation tightness arises at the maximum permissible temperature difference in flow 3 and return 9 to the lowest value.

Bei unzulässig großen Belastungen wird die Temperaturdifferenz am
Verbraucher 1 größer als zulässig. Daraufhin spricht der Regler 14 an, wodurch das Kühlwasserventil 31 und/oder das Dampfsteuerventil 32 schließen. Dadurch ist die Wärmeabfuhr und/oder Wärmezufuhr abgestellt und erst, wenn die Temperaturdifferenz sich in den zulässigen Grenzen befindet, werden die Ventile wieder freigegeben.In the case of inadmissibly high loads, the temperature difference on
Consumer 1 greater than permitted. The controller 14 then responds, as a result of which the cooling water valve 31 and / or the steam control valve 32 close. As a result, the heat dissipation and / or heat supply is switched off and the valves are only released again when the temperature difference is within the permissible limits.

Daraus ergibt sich ein Schutz oder ein zusätzlicher eigenständiger Schutz des angeschlossenen Verbrauchers 1.This results in a protection or an additional independent one Protection of the connected consumer 1.

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Claims (6)

ββ ei οο αββ ei οο α Ö ο O S* ο οοοÖ ο O S * ο οοο · » α οο ο· »Α οο ο HEINZ K0TOSCHMANT^ -^PATENTANWALTHEINZ K 0 TOSCHMANT ^ - ^ PATENT ADVOCATE THOMAS-W1MMER.-R1NG 14 · D 8000 MÜNCHEN 22 TELEFON |089) 227887 . TELEX 524878 rrmTHOMAS-W1MMER.-R1NG 14 D 8000 MUNICH 22 TELEPHONE | 089) 227887. TELEX 524878 rrm WASTE-HEIZUNGEN GMBH München, 16.01.1981WASTE-HEIZUNGEN GMBH Munich, January 16, 1981 An der Autobahn 29 P 801/80On the Autobahn 29 P 801/80 Langenhagen 1 Pu/reiLangenhagen 1 Pu / rei PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS Verfahren zur Regelung der an einen Verbraucher abzugebenden oder von einem Erzeuger aufzunehmenden Wärmemengen eines im Zwangsumlauf geführten flüssigen Wärmeträgers, dadurch gekennzeichnet , daß in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen den Vorlauf und dem Rücklauf des Verbrauchers (1) die pro Zeiteinheit umgewälzte Menge des Wärmeträgers verändert wirde Method for regulating the amount of heat to be given off to a consumer or to be absorbed by a generator of a forced circulation liquid heat carrier, characterized in that the amount of heat carrier circulated per unit of time is changed as a function of the temperature difference between the flow and return of the consumer (1) e 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufdruck des Wärmeträgers derart verändert wird, daß bei sinkendem Wärmebedarf des Wärmeverbrauchers oder bei sinkender Wärmeabgabe des Wärmeerzeugers (1) der Pumpengegendruek erhöht und bei steigendem Wärmebedarf des Verbrauchers (1) oder steigender Wärmeabgabe des Erzeugers (1) der Pumpengegendruck erniedrigt wird, wobei die pro Zeiteinheit umgewälzte Menge des Wärmeträgers vermindert bzw. erhöht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the flow pressure of the heat carrier is changed in such a way that with decreasing heat demand of the heat consumer or with decreasing heat output of the heat generator (1) the pump counter pressure increases and with increasing heat demand of the consumer (1) or increasing heat output of the generator (1), the pump back pressure is lowered, the per Unit of time circulated amount of the heat transfer medium is reduced or increased. 3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2» mit einer von einem Motor getriebenen Kreiselpumpe zur Umwälzung des flüssigen Wärmeträger innerhalb eines einen Wärmeverbraucher oder Wärmeerseuger·aufweisenden Wärtnekreisiaufesj, dadurch gekennzeichnet , daß in der von der Pumpe (2) zum Verbraucher bzw« Erzeuger (1) führenden Zulaufleitung (3) ein Regelventil (4) angeordnet ist, das in Abhängigkeit von die Temperaturdifferenz zwischen dem Vorlauf und Rücklauf am Verbraucher bzw. Erzeuger (1) ermittelnden Meßfühlern (11 und 12) gesteuert wird.3. Plant for carrying out the method according to claim 1 and 2 »with a centrifugal pump driven by a motor for Circulation of the liquid heat transfer medium within a one Heat consumers or heat absorbers exhibiting Wärtnekreisiaufesj, characterized in that in the from the pump (2) to the consumer or «generator (1) leading Inlet line (3) a control valve (4) is arranged, which depends on the temperature difference between the flow and return to the consumer or generator (1) determining sensors (11 and 12) is controlled. 4. Anlage nach Anspruch 2 und 31 dadurch gekennzeichnet , daß von der Zulaufleitung (3) nach der Pumpe (2) eine Nebenschlußleitung (17) abzweigt, die einen Kühler (8) durchströmt, der von einem Kühlkreislauf (15) mit Kühlmittel versorgt wird.4. Plant according to claim 2 and 31, characterized in that the feed line (3) after Pump (2) branches off a bypass line (17) which flows through a cooler (8) which is connected to a cooling circuit (15) Coolant is supplied. 5. Anlage nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpe (2) von einem Hauptstrom-Motor angetrieben ist.5. System according to claims 3 and 4, characterized in that the pump (2) from a main current motor is driven. 6. Anlage nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß im Kühlkreislauf (15) und im Heizkreislauf (16) jeweils ein Steuerventil (3D bzw. (32) vorgesehen ist, die beim überschreiten der höchstzulässigen Temperaturdifferenz die Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr vermindern bzw. ganz drosseln.6. Plant according to claims 3 to 5, characterized in that in the cooling circuit (15) and in the heating circuit (16) each has a control valve (3D or (32)) which, when the maximum permissible Temperature difference reduce or throttle the heat supply or heat dissipation completely.
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