DE3017183C2

DE3017183C2 -

Info

Publication number: DE3017183C2
Application number: DE3017183A
Authority: DE
Inventors: Hubert Wilhering At Schrammel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1980-05-05
Publication date: 1989-11-09
Also published as: DE3017183A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage mit einem aus mindestens einem Block bestehen den Wärmetauscher für Oberflächengewässer, der mit dem übrigen Teil der Anlage mittels Rohrlei tungen für den Kältemittel- oder Solekreislauf verbunden ist.

Durch die Entwicklung von Wärmepumpanlagen, welche in der Lage sind, die Wärmeenergie der Oberflächengewässer ganzjährig zu nutzen, gewinnen die Probleme, welche mit der Oberflächen wartung der dafür erforderlichen Kühlsysteme verbunden sind, besondere Bedeutung.

Sieht man von Sonderfällen ab, wo Wärmetauscher größerer Leistung (z. B. Zürich, zirka 6 MW therm.) im See versenkt wurden und bei denen die Wartungsprobleme auf Grund der Reinheit des Seewassers in größerer Tiefe sowie einer Wassertemperatur von zirka 4 bis 7°C kaum auftreten, so ist die derzeitige technische Konzeption vereinzelt gebauter Flußwasserkühler zur Lösung der Probleme unbefriedigend.

Um den Verschmutzungsfaktor der Kühler in erträglichen Grenzen zu halten, bedient man sich derzeit mehrerer Maßnahmen.

Die Kühler werden blockweise ausgebaut und überholt. Dies führt nicht nur zu Gas- oder Soleverlusten und Dichtschwierigkeiten, sondern erhöht vor allem die Gefahr von Störungen und Korrosionserscheinungen durch Luft- und Feuchtigkeitseinschluß im Kältekreislauf der Anlage (vgl. CH-PS 2 23 254).
Man legt die Kühlsysteme trocken, indem man beiderseits verschließbare Leitkanäle leer pumpt oder die Möglichkeit einer Staustufe nutzt, um den Leitkanal in das Unterwasser zu entleeren.
Man leitet das Wasser überhitzter Flüsse (z. B. Erft, Neckar usw.) in große Klär- und Absetzbecken, ehe man es durch die Röhrenkesselverdampfer pumpt.

Die Nebenkosten dieser Maßnahmen übersteigen oft bei weitem die eigentlichen Maschinen- bzw. Wärmepumpenkosten. Sie mögen für "Kleinanlagen" von zirka 1 bis 3 MW therm. noch tragbar erscheinen, sind aber für Anlagengrößen bis 50 MW und darüber, wie sie durch Mehrphasen-Wärme pumpen ermöglicht werden, kaum mehr zweckmäßig.

Aufgabe der Erfindung ist es in Kombination mit den Möglichkeiten des Schiff- und Wasserbaues eine befriedigende Lösung der Einbau- und Wartungsprobleme solcher Flußwasserkühler bzw. -verdampfer zu finden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß der Wärmetauscher mit einer Rohr brücke oder einem Rohrbrückenkopf, auf der oder an dem die starren Rohrleitungen des Kältemittel- oder Solekreislaufes enden, beweglich verbunden ist, so daß der Wärmetauscher mit Hilfe von Hebezeugen, im mit der Anlage zusammengebauten Zustand zum Zweck der Wartung aus dem Wasser hebbar ist, wobei diese Beweglichkeit durch die Elastizität der Verbindungsrohre bzw. durch han delsübliche, flexible Rohrzwischenstücke oder Rohrkupplungen erreicht wird.

Der aus dem Wasser gehobene Wärmetauscher wird z. B. auf Stützen einer Arbeitsbühne abge setzt. Für eine 100 MW Anlage würde z. B. ein Leitkanal von 10 m Breite, 2,5 m Tiefe und zirka 500 m Länge benötigt.

Um sich bei kleinen Leistungen oder in schiffbaren Gewässern kostspielige Uferbauten zu ersparen, wird der Wärmetauscher zweckmäßigerweise auf mindestens einem Standschiff oder -floß starr montiert und durch Fluten oder Lenzen von Schwimmern gewassert bzw. geluftet, wobei die Beweglichkeit der Verbindungsleitung des Kältemittel- oder Solekreislaufes zwischen dem Rohr brückenkopf an Land und dem Standschiff bzw. -floß gegeben ist. Da es meist erforderlich ist, 20 bis 30% der Wärmeleistung ganzjährig (auch im Sommer) zu erbringen, ist es notwendig, den Wärmetauscher in entsprechende Leistungsblöcke zu unterteilen.

Dabei ist es sinnvoll, den kleineren Block gegenüber dem Standschiff bzw. -floß beweglich auszubilden, so daß er dazu in die verschiedenen Stellungen durch z. B. Hilfsschwimmer oder andere Hebezeuge gebracht werden kann. Es kann aber auch ein eigenes Floß dazu verwendet werden.

An Flüssen oder Seen wird man vorzugsweise überhaupt schwimmende Wärmepumpstationen einsetzen. Auf ihnen ist die gesamte Wärmepumpenanlage installiert. Die einzelnen Wärmetauscher blöcke sind mit dem anderen Teil der Wärmepumpenanlage auf dem Standschiff beweglich verbunden und werden z. B. von einer fahrbaren Kranbrücke zum Warten aus dem Wasser gehoben. Die schwim mende Wärmepumpstation ist mit dem Warmwasser-Rohrnetz der Verbraucher an Land durch ebenfalls bewegliche Warmwasservor- und -rücklaufleitungen (zum Ausgleich der Wasserspiegelschwankungen) verbunden.

Der Vorteil erfindungsgemäß ausgebildeter Wärmepumpanlagen liegt vor allem darin, daß durch den beweglichen Anschluß der Kühlsysteme, unabhängig von der Größe der Anlage, jederzeit eine Wartung der Kühleroberfläche mit geringstem Arbeits- und Kostenaufwand möglich ist.

Bei schwimmenden Anlagen wird durch das Luften der Kühlsysteme der Strömungswiderstand beim Transport zum Liegeplatz und bei Hochwasser bedeutend verringert.

Schwimmende Wärmepumpstationen können dem örtlichen Bedarf leicht angepaßt und mit ihrer Hilfe überdimensionale Niedertemperatur-Fernwärmenetze und kostenaufwendige Wasserbauten vermie den werden.

In Zusammenhang vor allem mit Mehrphasen-Wärmepumpen, welche nicht nur die Flüsigkeits wärme, sondern auch die Erstarrungswärme des Wassers als Grundwärmeenergie transformieren kön nen, denen also das riesige Wärmepotential der Oberflächengewässer auch in unteren Breiten ganz jährig zur Verfügung steht, stellt die Erfindung einen wesentlichen Beitrag zur Verwirklichung der Erkenntnis dar, daß man auf dem Sektor der Niedertemperatur hochwertige elektrische Energie und fossile Primärenergie weitgehend durch Warmwasser von 40 bis 50°C ersetzen kann.

In den Zeichnungen ist die Erfindung schematisch an Hand von Ausführungsbeispielen er läutert. Die

Fig. 1 und 2 zeigen einen Teilausschnitt aus dem Leitkanal einer Großanlage in Grund- und Aufriß. Die einzelnen Wärmetauscherblöcke 2 werden mit Hilfe einer fahrbaren Kran brücke 9 aus dem Wasser gehoben und zum Zwecke der Wartung auf den Stützen 7′ einer Arbeitsbühne 7 abgesetzt. Die Hubhöhe H der Wärmetauscher wird durch die Beweglichkeit der Verbindungsleitungen 3 und 4 zwischen der Rohrbrücke 5 und den Wärmetauschern 2 und 2′ auf Grund der Eigenelastizität 3 oder flexiber Rohrzwischenstücke bzw. Rohrkupplun gen 4′ erreicht. Die Rohrbrücke 5 ist mit dem übrigen Teil der Wärmepumpenanlage an Land 10 durch die bekannten Leitungen für den Kältemittel- oder Solekreislauf verbunden. Die

Fig. 3 zeigt eine Kleinanlage mit Leitkanal 1 und Staustufe in einem Bachbett. Der Wärmetauscher 2 ist mit dem Rohrbrückenkopf 5 durch bewegliche Leitungen 3 und 4 verbunden und kann durch eine Handwinde 9 zum Zwecke der Wartung aus dem Wasser gehoben werden. Am Rohrbrückenkopf 5 enden die starren Leitungen für den Kältemittel- oder Solekreis lauf der Wärmepumpenanlage an Land. Die

Fig. 4 und 5 zeigen ein Standschiff oder -floß 1, auf dem die Wärmetauscher 2 und 2′ starr montiert sind, während die beweglichen Verbindungsleitungen 3 und 4 das Stand schiff oder -floß mit dem an Land befindlichen Rohrbrückenkopf 5 verbinden, von dem die starren Verbindungsleitungen des Kältemittel- oder Solekreislaufes zum übrigen Teil der Wärmepum penanlage führen. In Fig. 4 sind die Schwimmer gelenzt, wodurch der Wärmetauscher 2 aus dem Wasser gehoben wird. In Fig. 5 sind die Schwimmer geflutet, wodurch der Wärmetauscher 2′ gewassert wird. Die

Fig. 6 veranschaulicht die drei Stellungen, in die ein Wärmetauscherblock 2′′ gebracht werden kann, wenn er mit dem Standschiff oder -floß erfindungsgemäß beweglich verbunden ist, so daß je nach Erfordernis die Wärmetauscherblöcke 2 und 2′ oder 2′′ zum Warten aus dem Wasser gehoben werden können, während mit dem gewasserten Teil der gesamten Wärmetauschfläche ein Teilbetrieb aufrechterhalten wird.

Die Wasserspiegelmarken a und b veranschaulichen, ob die Schwimmer des Standschiffes oder -floßes 1 - entsprechenden den Fig. 4 und 5 - geflutet oder gelenzt sind.

Daraus ergeben sich folgende Stellungen bzw. Betriebszustände:

Ia Alle Wärmetauscherblöcke sind gewassert - Vollbetrieb möglich.
Ib Alle Wärmetauscherblöcke sind geluftet - Transport zum Liegeplatz oder Hohwasser.
IIa Wärmetauscherblock 2′′ ist geluftet - Block 2′′ Wartung - Teilbetrieb mit 2 und 2′.
IIIb Wärmetauscherblöcke 2 und 2′ sind geluftet - Wartung von 2 und 2′ - Teilbetrieb mit 2′′.

Die

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch eine schwimmende Wärmepumpstation in schiffbaren Gewässern. Die einzelnen Wärmetauscherblöcke 2 und 2′ sind vorzugsweise über Rohrbrücken oder -köpfe mit dem Standschiff 1 beweglich verbunden und werden mit Hilfe eines fahrbaren Brückenkranes 9 zum Warten aus dem Wasser gehoben.

Eine allfällige Überbauung aus ästhetischen und/oder kommerziellen Gründen ist durch D symbolisiert. Zum Ausgleich der Wasserstandschwankungen a ist das Standschiff 1, auf dem sich die gesamte Wärmepumpenanlage 10 befindet, mit dem Niedertemperatur-Fernwärmenetz an Land über den Rohrbrückenkopf C durch bewegliche Warmwasservor- und -rücklaufleitun gen 12 verbunden. Die

Fig. 8 zeigt den Grundriß zu Fig. 7.

In den Fig. 1 bis 8 bedeuten:

1 Leitkanal, Standschiff oder -floß
2 Wärmetauscherblock geluftet
2′ gewassert
3 und 4 bewegliche Leitungen
4′ flexible Rohrzwischenstücke oder Rohrkupplungen
5 Rohrbrücken oder -köpfe
C für Warmwasser
6 Schmutzrechen
7 Arbeitsbühne
7′ mit Stützen
8 Kranschienen
9 Hebezeuge
10 Wärmepumpenanlage
11 Landesteg
12 Landebrücke mit Warmwasservor- und -rücklaufleitungen
a und b Wasserstandsmarken
D Überbauung

Claims

1. Wärmepumpenanlage mit einem aus mindestens einem Block bestehenden Wärmetauscher für Oberflächengewässer, der mit dem übrigen Teil der Anlage mittels Rohrleitungen für den Kältemittel- oder Solekreislauf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2, 2′, 2′′) mit einer Rohrbrücke oder einem Rohrbrückenkopf (5), auf der oder an dem die starren Rohrleitungen des Kältemittel- oder Solekreislaufes enden, beweglich verbunden ist, so daß der Wärmetau scher (2, 2′, 2′′) mit Hilfe von Hebezeugen (9) im mit der Anlage zusammengebauten Zustand zum Zwecke der Wartung aus dem Wasser hebbar ist, wobei diese Beweglichkeit durch die Elastizität der Verbindungsrohre (3) bzw. durch handelsübliche, flexible Rohrzwischenstücke oder Rohrkupplun gen (4′) erreicht wird.

2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2, 2′) auf mindestens einem Standschiff oder -floß (1) starr montiert ist und durch Fluten oder Lenzen von Schwimmern gewassert bzw. geluftet wird, wobei die Beweglichkeit der Verbindungslei tung (3, 4) des Kältemittel- oder Solekreislaufes zwischen dem Rohrbrückenkopf (5) an Land und dem Standschiff bzw. -floß (1) gegeben ist.

3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der gesamten Wärmetauschfläche (2, 2′, 2′′) auf mindestens einem Standschiff oder -floß (1) mit diesem mittels einer Rohrbrücke oder eines Rohrbrückenkopfes (5) durch bewegliche Leitungen (3, 4) verbunden ist und der andere Teil der gesamten Wärmetauscherfläche (2, 2′, 2′′) auf dem Stand schiff oder -floß (1) mit diesem starr verbunden ist und durch Fluten oder Lenzen von Schwimmern gewassert oder geluftet wird.

4. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Wärmepum penanlage auf dem Standschiff (1) montiert ist und als schwimmende Wärmepumpstation zur Wärme versorgung örtlicher Niedertemperatur-Fernwärmenetze dient.