DE4302296A1 - Sicherheitswärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitswärmeaustau­ scher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für den Wärmeaustausch der verschiedensten Medien be­ steht Bedarf für Sicherheitswärmeaustauscher. Bei der Fernwärmeübertragung werden beispielsweise sehr oft gelö­ tete Plattenwärmeaustauscher eingesetzt, die die Wärme aus dem Fernwärmenetz auf die einzelnen Verbraucher übertra­ gen. Die Fernwärme wird in der Regel über Heißwasser, das unter hohem Druck steht, um Dampfentwicklung zu vermeiden, den Verbrauchern zugeführt. Zwischen dem Fernwärmenetz und z. B. dem Heizungsnetz des Verbrauchers wird ein gelöteter Plattenwärmeaustauscher als Wärmeübertrager eingesetzt. Das Verbrauchernetz arbeitet in der Regel im Gegensatz zum Fernwärmenetz im Niederdruck- und Niedrigtemperaturbe­ reich. Beim Durchbruch einer Wandung durch Korrosion oder dergleichen kommt zwangsläufig der hohe Druck des Fernwär­ menetzes in das Verbrauchernetz, wofür dieses in der Regel nicht ausgelegt ist. Darüber hinaus können durch die Ent­ spannung des heißen Wassers Dampfentwicklung und Dampf­ schläge entstehen. Das Verbrauchernetz kann man durch Si­ cherheitsventile vor dem Bersten schützen, aber es ist nicht auszuschließen, daß durch die Druckentlastung im Fernwärmenetz Dampf entsteht, der das Fernwärmenetz funk­ tionsunfähig macht.

Es sind ferner bereits Wärmeaustauscher bekannt gewor­ den, die mit einzelnen, sogenannten Heat-Pipes arbeiten. Wenn einzelne Heat-Pipes durch einen Wandungsdurchbruch ausfallen, bleibt die Wärmeübertragung mit etwas verrin­ gerter Leistung, die in der Regel kaum bemerkt wird, auf­ recht. Der Wandungsdurchbruch wird damit in der Regel nicht erkannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sicherheitswärmeaustauscher zur Verhinderung von Schäden bei Bruch einer Wandung anzugeben, bei dem ferner ein Bruch automatisch und sicher angezeigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Kennzei­ chen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der er­ findungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird ein Sicherheitswärmeaustau­ scher geschaffen, der aus zwei fest verbundenen oder zwei zu einer Einheit integrierten, gelöteten Platten- oder Rohrbündel-Wärmeaustauschern besteht, bei denen der Sekun­ därraum des ersten Wärmeaustauschers mit dem Primärraum des zweiten Wärmeaustauschers fest verbunden ist und in Wirkverbindung steht. Diese Wirkverbindung ergibt sich daraus, daß die in Wirkverbindung stehenden Räume beider Wärmeaustauscher unter Vakuum stehen und teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt werden und sich die verbleiben­ den Räume entsprechend der Dampfdruckkurve mit Dampf der eingefüllten Flüssigkeit füllen. Die beiden in Wirkverbin­ dung stehenden Räume stellen dabei den Sicherheitsraum dar. Bei Vorhandensein eines Temperaturunterschiedes zwi­ schen den wärmeaustauschenden Medien auf der Primärseite des ersten Wärmeaustauschers und der Sekundärseite des zweiten Wärmeaustauschers verdampft Flüssigkeit auf der warmen Seite des Sicherheitsraumes, strömt in den kälteren Teil des Sicherheitsraumes, kondensiert dort und fließt in den warmen Bereich zurück. Über die Verdampfung und Kon­ densation entsteht ein Kreislauf der Flüssigkeit im Si­ cherheitsraum und zugleich ein Wärmetransport vom warmen Medium zum kalten Medium.

Im Falle eines Durchbruchs einer Wärmeaustauschwandung durch Korrosion oder dergleichen bricht schlagartig das Vakuum im Sicherheitsraum zusammen, und der Sicherheits­ raum füllt sich mit Flüssigkeit oder Dampf, und der Wärme­ transport kommt kurzfristig zum Erliegen. Der Funktions­ ausfall des Wärmeaustauschers wird sofort erkannt und kann als Alarmsignal für einen Wandungsdurchbruch im Wärmeaus­ tauscher gelten.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsformen eines Sicherheits­ plattenwärmeaustauschers und

Fig. 3 und 4 zwei Ausführungsformen von Sicherheits­ rohrbündelwärmeaustauschern.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Sicherheitsplattenwärme­ austauscher 1, der aus zwei Plattenwärmeaustauschern 2 und 4 besteht, die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 fest miteinander verbunden sind oder bei der Ausführungsform nach Fig. 2 zu einer Einheit integriert ausgebildet sind.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Sicherheitsröhrenwärme­ austauscher 30, der aus zwei Rohrbündelwärmeaustauschern 32 und 34 besteht, die bei der Ausführungsform nach Fig. 3 fest miteinander verbunden sind und bei der Ausführungs­ form nach Fig. 4 zu einer Einheit integriert ausgebildet sind.

Der prinzipielle Aufbau hinsichtlich der Sicherheits­ funktion ist beim Sicherheitsplattenwärmeaustauscher 1 und beim Sicherheitsröhrenwärmeaustauscher 30 der gleiche, so daß zur Vereinfachung der späteren Funktionsbeschreibung die gleichen Bezugszeichen für die vergleichbaren Wärme­ austauscherräume verwendet werden.

Beim Sicherheitswärmeaustauscher 1 oder 30 weisen der erste Wärmeaustauscher 2, 32 und der zweite Wärmeaustau­ scher 4, 34 jeweils einen Primärraum 6, 8 und einen Sekun­ därraum 10, 12 auf. Der Primärraum 6 und der Sekundärraum 10 des Röhrenwärmeaustauschers 32 wird dabei durch das Rohrbündel und den Mantelraum und der Primärraum 8 und der Sekundärraum 12 des Rohrbündelwärmeaustauschers 34 durch den Mantelraum und das Rohrbündel gebildet.

Der Sekundärraum 10 des ersten Wärmeaustauschers 2 ist mit dem Primärraum 8 des zweiten Wärmeaustauschers 4 ver­ bunden, so daß beide Wärmetauscherräume in Wirkverbindung stehen. Beim Sicherheitsröhrenwärmeaustauscher 30 sind also die beiden Mantelräume 10 und 8 miteinander verbun­ den.

Diese in Wirkverbindung stehenden Räume 10 und 8 sind teilweise mit einer Flüssigkeit 14 beispielsweise bis zu dem Niveau 16 gefüllt und stehen unter Vakuum.

Die nicht mit Flüssigkeit gefüllten Teile der Räume 8 und 10 füllen sich mit Dampf der Flüssigkeit entsprechend der Dampfdruckkurve.

Der Primärraum 6 des ersten Wärmeaustauschers 2 weist Anschlüsse 18 und 20 für Zulauf und Ablauf für ein erstes Medium A und der Sekundärraum 12 des zweiten Wärmeaustau­ schers 4 weist Anschlüsse 22 und 24 für Zulauf und Ablauf für ein zweites Medium B auf.

Durch die beschriebene Ausbildung wird ein Sicher­ heitswärmeaustauscher geschaffen, bei dem die in Wirkver­ bindung stehenden Räume 10 und 8 den Sicherheitsraum zwi­ schen den Medien A und B bilden.

Wenn beispielsweise durch den Primärraum 6 des ersten Wärmeaustauschers Heißwasser (Medium A) mit hohem Tempera­ turniveau und durch den Sekundärraum 12 des zweiten Wärme­ austauschers 4 Heiß- oder Brauchwasser mit niedrigem Tem­ peraturniveau (Medium B) geleitet wird, also zwischen bei­ den Räumen ein Temperaturgefälle besteht, kommt die Flüs­ sigkeit im Sekundärraum 10 des ersten Wärmeaustauschers 2 zur Verdampfung. Der Dampf strömt über eine obere Verbin­ dungsstelle 26 in den Primärraum des zweiten Wärmeaustau­ schers 4 und kondensiert dort. Das Kondensat fließt über eine zweite untere Verbindungsstelle 28 vom Primärraum des zweiten Wärmeaustauschers in den Sekundärraum des ersten Wärmeaustauschers 2 zurück. Dadurch entsteht im Sicher­ heitsraum 10, 8 ein Kreislauf und zugleich ein Wärmetrans­ port vom Heißwasser, also vom Primärraum 6 des ersten Wär­ meaustauschers 2 zum Brauchwasser, also zum Sekundärraum 8 des zweiten Wärmeaustauschers 4.

Durch die Ausbildung des vorliegenden Sicherheitswär­ meaustauschers werden beim betrachteten Beispiel das Heiß­ wasser (Medium A) und das Brauchwasser (Medium B) durch zwei Wärmeaustauschwandungen und den Sicherheitsraum 10, 8 getrennt. Im Falle eines Durchbruches einer Wärmeaustau­ schwandung durch Korrosion oder dergleichen bricht schlag­ artig das Vakuum im Sicherheitsraum zusammen, der Sicher­ heitsraum füllt sich dann mit Wasser oder Dampf, und der Wärmetransport kommt kurzfristig zum Erliegen. Der Funk­ tionsausfall des Wärmeaustauschers kann damit als Alarmsi­ gnal für einen Wandungsdurchbruch im Wärmeaustauscher ge­ nommen werden.

Da es unwahrscheinlich ist, daß zur gleichen Zeit bei­ de Wandungen durchbrechen, bleiben die beiden Medien A und B (Heißwasser und Brauchwasser) weiterhin getrennt und können sich nicht mischen. Durch Verwendung dieses Sicher­ heitswärmeaustauschers ist beispielsweise bei der Fernwär­ meübertragung, bei der das Fernwärmenetz in der Regel un­ ter hohem Druck und das Verbrauchernetz unter niedrigem Druck steht, die Gefahr, daß der hohe Druck in den Nieder­ druckbereich kommt, weitestgehend ausgeschlossen.

Auch für alle anderen Bedarfsfälle, z. B. für die Öl­ kühlung mittels Wasser oder für die Wärmeentnahme mittels Wärmepumpe aus Grund- oder Oberflächenwasser, also überall dort, wo das Mischen der wärmeaustauschenden Medien oder die Verunreinigung und damit die Verschmutzung des Wassers vermieden werden soll, kann der beschriebene Sicherheits­ wärmeaustauscher vorteilhaft eingesetzt werden.

Der besondere Vorteil des vorliegenden Sicherheitswär­ meaustauschers besteht darin, daß keine Sicherheitsorgane installiert, beobachtet und kontrolliert werden müssen, sondern daß der Funktionsausfall des Sicherheitswärmeaus­ tauschers automatisch dem Betreiber als Alarmsignal gilt.

Claims (4)

1. Sicherheitswärmeaustauscher mit einem einen Primär- und einen Sekundärraum aufweisenden Wärmeaustauscher zum Küh­ len, Erwärmen, Verdampfen und Kondensieren von Medien al­ ler Art, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärraum (10) eines ersten Wärmeaustauschers (3, 32) mit dem Primärraum (8) eines zweiten Wärmeaustauschers (4, 34) fest verbunden ist zur Bildung eines Sicherheitsraumes (10, 8), der unter Vakuum steht, teilweise mit einer Flüssigkeit (14) und im Raum oberhalb der Flüssigkeit entsprechend der Dampfdruck­ kurve der eingefüllten Flüssigkeit mit Dampf gefüllt ist, wobei sowohl die Dampfräume des Sekundärraumes (10) des ersten Wärmeaustauschers und des Primärraumes (8) des zweiten Wärmeaustauschers als auch die Flüssigkeitsräume des Sekundärraumes (10) und des Primärraumes (8) mitein­ ander verbunden sind, und daß der Primärraum (6) des er­ sten Wärmeaustauschers (2) von einem ersten Wärmetauscher­ medium (A) und der Sekundärraum (12) des zweiten Wärmeaus­ tauschers (4) von einem zweiten Wärmetauschermedium (B) durchflossen werden, wobei der Wärmetransport über den Sicherheitsraum (10, 8) erfolgt.

2. Sicherheitswärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch zwei gelötete Plattenwärmeaustauscher (2, 4), die fest miteinander verbunden sind oder zu einer Ein­ heit integriert ausgebildet sind.

3. Sicherheitswärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch zwei Rohrbündelwärmeaustauscher (32, 34), die fest miteinander verbunden sind oder zu einer Einheit integriert ausgebildet sind.

4. Sicherheitswärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mantelräume (10, 8) der Rohrbündelwärmeaustauscher (32, 34) zur Bildung des Si­ cherheitsraumes miteinander verbunden sind und die beiden getrennten Rohrbündel der Rohrbündelwärmeaustauscher von den Wärmetauschermedien (A) und (B) durchflossen werden.