DE4440036C2 - Anordnung zum Wärmeaustausch - Google Patents

Description

Ungenügend gelöst blieben in dem Patent 43 15 864 die Fragen der Löslichkeit des gasförmigen Ausgleichsmediums im Wärmeträger, der unterschiedlichen Anforderungen an die Umwälzpumpe bei Betrieb sowie Wiederbefüllung und des geringen Wärmeübergangs bei ein- bis zweiwegigen Wärme­ übertragern.

Luft bzw. Stickstoff als ihr Hauptbestandteil lösen sich in Abhängigkeit vom anstehenden Druck und der herrschen­ den Temperatur nach dem Gesetz von Henry unterschiedlich stark in Wasser. Die Löslichkeit nimmt mit steigender Temperatur und sinkendem Druck ab. Bei der Nutzung der Erfindung ist deshalb darauf zu achten, daß im Aufnahme­ behälter (Ausgleichsbehälter) eine möglichst hohe Tempe­ ratur und/oder ein möglichst niedriger Druck im Vergleich zur übrigen Anlage herrschen, so daß im Aufnahmebehälter eine Entlösung und Abtrennung bzw. zumindest keine zu­ sätzliche Lösung von Gas im Wärmeträger erfolgt.

Für eine Kühlanlage ist es deshalb ungünstig, den Aufnah­ mebehälter in Strömungsrichtung des Wärmeträgers nach der Kühlung anzuordnen, da durch die Kühlung wieder Gas in Lösung geht und nach der Erwärmung im Wärmeaustauschbe­ reich erneut entlöst wird. Dieser Kreislauf führt unter Umständen zu Erosionsprozessen in und hinter dem Wärme­ austauschbereich, d. h. zu Abtrag von Teilchen aus der Rohrwand und so zu unerwünschten Schäden.

Bei der Rückkühlanlage der DE-AS 12 41 852 wird der bei­ spielsweise von einer Dampfturbine stammende Abdampf in einem Einspritzkondensator kondensiert. Durch in der Vor- und Rücklaufleitung des Kühlwasserkreislaufs vorgesehene Armaturen kann eine Gruppe von Wärmeaustauschern vom Kühlwasserkreislauf getrennt werden. Die zu jeder Wärme­ austauschergruppe führenden Teile der Vor- und Rücklauf­ leitung sind an separate Entleerungsleitungen angeschlos­ sen, in denen wiederum besondere Armaturen vorgesehen sind, die beim Entleeren dieser Gruppe von Wärmeaustau­ schern geöffnet werden. Die Entleerung dieser Gruppe von Wärmeaustauschern bzw. dieses Sektors des Kühlwasser­ kreislaufs erfolgt über die separaten Entleerungsleitun­ gen in einen Auffangbehälter, wobei ein Schutzgas über eine Gasausgleichsleitung in die entleerten Wärmeaustau­ scher nachströmt. Die Gasausgleichsleitung ist ständig mit der geodätisch höchsten Stelle der Wärmeaustauscher verbunden, so daß der in der Gasausgleichsleitung oder Schutzgasleitung herrschende Druck dem Druck an der geo­ dätisch höchstgelegenen Stelle der Wärmetauscher ent­ spricht. Die ständig geöffnete Schutzgasleitung verbindet die geodätisch höchstgelegene Stelle der Wärmeaustauscher mit dem geodätisch unterhalb der Wärmeaustauscher ange­ ordneten Auffangbehälter, der somit als Vorratsbehälter für den beispielsweise aus Kühlwasser bestehenden, nicht kompressiblen Wärmeträger und das beispielsweise aus Stickstoff bestehende Schutzgas dient. Mit dem Ausdruck "Kühlwasser" wird nachstehend der Einfachheit halber je­ der beliebige nicht kompressible, d. h. flüssige Wärmeträ­ ger bezeichnet. Dieser besteht jedoch vorzugsweise aus Kühlwasser. Der Auffangbehälter wird daher nachstehend auch durchweg als Wassertank bezeichnet.

Dieser Wassertank ist einerseits mit der Schutzgasquelle, die aus Stickstoff-Flaschen oder einem Flüssig-Stick­ stoff-Tank bestehen kann, unter Zwischenschaltung eines Drosselventils verbunden. Diese Stickstoff-Flaschen bzw. dieser Flüssig-Stickstoff-Tank enthalten Flüssig-Stick­ stoff, der unter einem gegenüber dem atmosphärischen Druck sehr hohen Druck steht.

Für die Füllung eines Sektors bzw. einer Gruppe von Wär­ meaustauschern mit Kühlwasser werden bei der bekannten Bauart besondere Füllpumpen benötigt, die das Kühlwasser aus dem Wassertank ansaugen und über die besonderen Ent­ leerungsleitungen und besondere Entleerungsarmaturen di­ rekt in die zu füllenden Wärmeaustauscher bzw. den zu füllenden Sektor pumpen, wobei das in diesen Wärmeaustau­ schern befindliche Schutzgas über die ständig geöffnete Schutzgasleitung in den Wassertank entweicht.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik das Problem zugrunde, die Anordnung zum Wärmeaustausch gemäß dem Patent 43 15 864 dahingehend zu vervollkommnen, daß die zyklische Lösung und Entlösung von Gas mit Sicherheit vermieden werden kann.

Die Lösung dieses Problems besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden Gegenstand der Ansprüche 2 bis 25.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 wird der Aufnahmebe­ hälter (1) in Strömungsrichtung des Wärmeträgers mög­ lichst unmittelbar nach dem Wärmeaustauschbereich (2) vor der Umwälzpumpe (3) angeordnet und befindet sich damit im Bereich der höchsten Temperatur und des niedrigsten Drucks in der Kühlanlage. Freie Gase werden im Auf­ nahmebehälter (1) oder einem Gasabscheider (4) abgeschie­ den und verbleiben dort. Der Wärmeträger ist nach der an­ schließenden Kühlung untersättigt und kann von neuem Gas in der Kühlanlage aufnehmen usw.

Zur Wiederbefüllung und Entleerung erfolgt der Gasaus­ tausch zwischen den oberen Teilen des Wärmeübertragers (Kühlers) (5) und des Aufnahmebehälters (1) über eine ge­ sonderte Gaspendelleitung (6), die auf dem Kühler (5) an ein Befüll- und Entleerungsventil, einen thermischen Ent­ lüfter oder ein Absperrventil (Armatur 7) angeschlossen ist. Die Entleerung des Wärmeträgers in den Aufnahmebe­ hälter (1) erfolgt rückwärts durch die Umwälzpumpe (3), die deshalb keine Rückschlagklappe aufweist, durch ein Umgangsventil zur Umwälzpumpe (3) oder mit einer getrenn­ ten Entleerungspumpe. Zur Inbetriebnahme wird der Wärme­ träger über einen Umgang (8) zum Kühler (5) mit Umschaltarmatur (9) erwärmt, bis die Befülltemperatur er­ reicht ist. Anschließend wird der Kühler (5) wieder be­ füllt und das Gas über die Armatur (7) und die Gaspendel­ leitung (6) in den Aufnahmebehälter (1) verdrängt. Beim Betrieb wirkt der Gasdruck durch die geschlossene Armatur (7) nicht mehr als Gegendruck zum Pumpendruck. Dies spart wesentliche Betriebskosten gegenüber einer offenen Anlage ohne Armatur (7), da die Umwälzpumpe (3) nur noch die Zirkulationsverluste, nicht aber die hydraulische Säule zu überwinden hat.

Der Aufnahmebehälter (1) kann auch aus der Leitung (10) zwischen dem Wärmeaustauschbereich (2) und der Umwälz­ pumpe (3) gegliedert werden (s. Fig. 2). Die Verbindung zur Kühlanlage wird dann über mindestens eine Stichlei­ tung (11) geschaffen, über die bei entsprechender Anord­ nung in 12-Uhr-Position insbesondere auch mitgeführte Gase in den Aufnahmebehälter (1) abgeleitet werden kön­ nen. Damit wird nicht ständig der gesamte Behälterinhalt in die Zirkulation einbezogen und es entsteht nicht der dabei auftretende Druckverlust. Der Gasabscheider (4) kann auch direkt in die Leitung (10) vom Wärmeaustausch­ bereich (2) zur Umwälzpumpe (3) eingebunden werden.

Eine weitere Möglichkeit der Vermeidung der zyklischen Lösung und Entlösung von Gas in einer Kühlanlage besteht in der Nutzung von hydraulischen Druckhalte- und Aus­ gleichseinrichtungen der Heizungstechnik. Der Aufnahmebe­ hälter (1) ist in diesem Fall von der Kühlanlage durch ein Druckhalteventil (12) getrennt (s. Fig. 3). Der Wär­ meträger befindet sich in dem Aufnahmebehälter (1) unter einem niedrigeren Druck und damit auch bei einer niedri­ geren Löslichkeit als in der übrigen Kühlanlage. Als Aus­ gleichsmedium kann ebenfalls ein inertes Gas aus entspre­ chenden Druckflaschen (13) oder direkt Luft dienen. Die Kühlanlage sollte jedoch zumindest teilgeschlossen sein.

Die Entleerung des Wärmeübertragers (Kühlers) (5) bei Frostgefahr erfolgt über eine gesonderte Entleerungslei­ tung (14) mit Entleerungsarmatur (15). Die Wiederbefül­ lung erfolgt mit der Umwälzpumpe (3) über eine Rück­ schlagarmatur (16) direkt aus dem Aufnahmebehälter (1). Der Gasdruck im Aufnahmebehälter (1) kann gleichzeitig als Vordruck für die Umwälzpumpe (3) dienen.

Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks in der An­ lage können ferner Druckhaltepumpen (17) dienen, die druckgesteuert in Betrieb gehen und Zusatzmedium aus dem Aufnahmebehälter (1) in die Kühlanlage pumpen (s. Fig. 4). Mit der Druckhaltung gekoppelt werden kann eine Ent­ gasung durch eine gezielte Entspannung des Wärmeträgers in den Aufnahmebehälter (1), bis der Gasgehalt in der Kühlanlage einen minimalen Grenzwert erreicht hat. Dies kann durch einen längeren Arbeitszyklus der Druckhalte­ pumpen (17) gegen das entsprechende Druckhalteventil (12) oder durch gezieltes Öffnen eines gesonderten Ventils zum Aufnahmebehälter (1) hin erfolgen.

In Erwärmungsprozessen, z. B. in einer Sonnenkollektoran­ lage, ist es anzustreben, daß sich der Aufnahmebehälter (1) unweit des Wärmeübertragers (Erwärmers), d. h. eines Sonnenkollektors (18), z. B. unmittelbar unter dem Dach (19) in einer Dachheizzentrale befindet (s. Fig, 5), da­ mit nicht mit steigendem Druck das im Erwärmer (18) ent­ löste Gas wieder in Lösung geht, z. B. in der abwärts ge­ richteten Leitung (20) bis zu dem Aufstellungsort eines Aufnahmebehälters (1) im Keller. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, als Aufnahmebehälter (1) in diesen Erwär­ mungsanlagen den oberen Teil eines Wärmespeichers (21) oder einer hydraulischen/thermischen Weiche zu nutzen. Damit wird ebenfalls erreicht, daß sich das Gas im Be­ trieb im oberen Teil 1 (Aufnahmebehälter) des Wärmespei­ chers (21) oder der Weiche sammelt, wo die höchste Tempe­ ratur und der niedrigste Druck und damit die geringste Löslichkeit in der Erwärmungsanlage herrschen.

Als Trennglied zwischen dem oberen Teil (1) des Wärme­ speichers (21) und der vom Erwärmer (18) abwärts gerich­ teten Leitung (20) kann auch in Erwärmungsprozessen an­ stelle der in dem Patent 43 15 864 genannten Rückschlag­ klappe ein Befüll- und Entleerungsventil, ein thermischer Entlüfter oder ein Absperrventil (7) in die Gaspendellei­ tung (6) integriert werden. Bei der Ausführung der Erwär­ mungsanlage aus nicht korrosionsempfindlichen edlen Mate­ rialien, z. B. der Rohrleitungen (20 usw.) und Erwärmer (18) aus Kupfer, von Heizkörpern (22) aus Aluminium, der Umwälzpumpen (3) und der Wärmespeicher (21) aus Edel­ stahl, einer Fußbodenheizung (23) aus Kunststoffrohren o.a. ist als Ausgleichsmedium durchaus Luft einsetzbar. Das vereinfacht die Erwärmungsanlage in ihrem Aufbau we­ sentlich. Trotzdem sollte die Erwärmungsanlage teilge­ schlossen ausgeführt sein, um keine ständige Kommunika­ tion mit der Atmosphäre zuzulassen. Dies könnte zu Bio-Fouling führen, was vermieden werden muß.

Die Erwärmungsanlage wird bei ihrer Erstbefüllung voll­ ständig mit dem Wärmeträger, z. B. Wasser, befüllt, bis an einem Überlauf- und Belüftungsventil (24) Wasser aus­ tritt. Der frostgefährdete Teil mit dem Erwärmer (18) und den angeschlossenen Leitungen (20) bleibt wegen seiner höheren Anordnung dabei unbefüllt. Bei der ersten Erwär­ mung dehnt sich der Wärmeträger thermisch aus und läuft über das Überlauf- und Belüftungsventil (24) bzw. ggf. über ein Sicherheitsabblasventil (25) ab. Bei einer er­ neuten Abkühlung des Wärmeträgers wird der obere Teil (1) - Aufnahmebehälter - des Wärmespeichers (21) über das Ventil (24) belüftet. Die eintretende Luft dient fortan zusammen mit der Luft im Erwärmer (18) in Form eines Luftpolsters als Ausgleichs- und Entleerungsmedium. Kor­ rosionsprozesse sind wegen der verwendeten Materialien ausgeschlossen.

Eine hydraulische Trennung der Fußbodenheizung (23) von der übrigen Erwärmungsanlage ist aus gleichem Grund nicht erforderlich. Über die Kunststoffrohre der Fußbodenhei­ zung (23) ggf. in den Wärmeträger (Heizmedium) diffundie­ render Sauerstoff wird ebenfalls im oberen Teil (1) des Wärmespeichers (21) abgeschieden. Ein evtl. Druckanstieg wird über das Sicherheitsabblasventil (25) abgebaut, ohne daß Wärmeträger verloren geht. Dafür ist das Sicher­ heitsabblasventil (25) ebenfalls an die Gaspendelleitung (6) angeschlossen, was zusätzlich dessen Arbeitsbedingun­ gen verbessert.

Durch die direkte Anbindung der Fußbodenheizung (23) an die Erwärmungsanlage wird deren Reihenschaltung zu Heiz­ körperheizkreisen (22) möglich. Dies bewirkt eine wesent­ lich tiefere Auskühlung des Rücklaufs gegenüber einer Parallelschaltung bei hydraulischer Trennung. Die Fußbo­ denheizung (23) saugt dafür ihren Vorlauf (26) aus dem Rücklauf (27) des Heizkörperheizkreises (22), die in ih­ ren Auslegungstemperaturen aufeinander abgestimmt sind. Damit bei einem abgesperrten Heizkörperheizkreis (22) die Fußbodenheizung (23) trotzdem funktionsfähig bleibt, ist im Rücklauf (27) des Heizkörperheizkreises (22) nach der Einbindung des Vorlaufs (26) der Fußbodenheizung (23) eine Rückschlagarmatur (28) integriert. Zusätzlich be­ steht ein Bypass (29) zwischen den Vorläufen der beiden Heizkreise (26, 30 entsprechend), der mit einem Druck- bzw. Differenzdruckhalteventil (31) bestückt ist. Nur bei einem geschlossenen Heizkörperheizkreis (22) schließt die Rückschlagarmatur (28) und durch den Saugdruck der Um­ wälzpumpe (3) in der Fußbodenheizung (23) strömt über das Druckhalteventil (31) Vorlaufwasser nach. Der Rücklauf der Fußbodenheizung (23) fließt ungestört hinter der Rückschlagarmatur (28) des Rücklaufs (27) in den Wärme­ speicher (21) zurück.

Weniger aufwendig ist die Reihenschaltung der Heizkreise bei einer getrennten Anbindung der Vor- und Rückläufe (26, 30 und 27, 29 entsprechend) an den Wärmespeicher (21) (s. Fig. 6).

In der Fig. 6a ist ein externer Warmwasserbereiter (38), z. B. ein Plattenwärmeübertrager, vorgesehen.

Wenn eine Anordnung des Wärmespeichers (21) unmittelbar am Erwärmer (18) nicht möglich ist, so sollte der Aufnah­ mebehälter (1) trotzdem abgesetzt unter dem Dach (19) an­ geordnet sein (s. Fig. 7), um die geschilderten Lösungs- und Entlösungsprozesse des Ausgleichsmediums im Wärmeträ­ ger zu vermeiden.

Diese Probleme werden ebenfalls vermindert, wenn der Wär­ meträger vor dem Eintritt in den Wärmespeicher (21) bzw. den Aufnahmebehälter (1) über ein ggf. erforderliches Mengen- oder Temperaturregelventil (32) entspannt wird (s. Fig. 5 und 7). Das dabei durch die Druckreduzierung freiwerdende, ggf. im Wärmeträger gelöste Ausgleichsme­ dium wird im Aufnahmebehälter (1) abgeschieden und ver­ bleibt dort.

Eine Wärmedämmung (33) und ein Rücklauftemperaturbegren­ zer (34) im Umgang (8) zwischen dem Vor- und Rücklauf (20, 35 entsprechend) verhindern ggf. ein Einfrieren des Wärmeträgers, wenn der Aufnahmebehälter (1) unter dem Dach (19) frostgefährdet angeordnet ist. Durch freie Zir­ kulation werden die Rohre und der Aufnahmebehälter (1) thermostatisch geregelt aus dem Wärmespeicher (21) tempe­ riert, so daß nur geringe Wärmeverluste anfallen.

Bei der Befüllung zur Wiederinbetriebnahme einer Kühl- oder Erwärmungsanlage hat die Umwälzpumpe (3) im wesent­ lichen die hydraulische Säule zwischen dem Flüssigkeits­ spiegel im Aufnahmebehälter (1) und dem höchsten Punkt im Wärmeübertrager - Kühler (5) bzw. Erwärmer (18) - zu überwinden. Diese kann u. U. bedeutend höher sein als die im Betrieb zu überwindenden Strömungsverluste. Zur Anpas­ sung der Umwälzpumpe (3) an die unterschiedlichen Anfor­ derungen sollte diese eine möglichst steile Kennlinie aufweisen. Dann kann mit ein und derselben Umwälzpumpe (3) die Wiederbefüllung mit geringer Menge bei ausrei­ chender Förderhöhe und der Betrieb mit geringer Förder­ höhe und größerer Menge erfolgen.

Es kann auch eine variable Parallel- oder Reihenschaltung von getrennten Befüll- und Zirkulationspumpen oder von zwei redundanten Umwälzpumpen erfolgen. Ferner kann die bei der Wiederbefüllung erforderliche Förderhöhe dadurch verringert werden, daß der Aufnahmebehälter (1), wie be­ reits beschrieben, mit geringem Niveauunterschied zum Wärmeübertrager - Kühler (5) oder Erwärmer (18) - ange­ bracht wird. Dabei kann die Umwälzpumpe (3) selbst durch­ aus entfernter angeordnet sein (s. Fig. 7).

Ein- bis zweiwegige Kühler (5) bzw. Erwärmer (18) weisen ggf. geringe Strömungsgeschwindigkeiten auf der zu ent­ leerenden Wärmeträgerseite auf. Damit kann ein ungenügen­ der Wärmeübergang verbunden sein. Zur Intensivierung des Wärmeübergangs sind folgende Maßnahmen zur Erhöhung der Geschwindigkeit bzw. der Turbulenz der Strömung auf der Innenseite der Kanäle möglich:

• - Einbau von Turbulatoren in die Rohre
• - Ausführung der Rohre mit einer zumindest inneren Oberflächenstruktur, z. B. in Wendelform
• - wechselweise Schaltung der Register in Parallelschal­ tung im Winter und Reihenschaltung im Sommer durch Umschaltarmaturen (36), z. B. mit Handantrieb (s. Fig. 8). Jeweils vor und nach der frostgefährdeten Jahres­ zeit werden die Umschaltarmaturen (36) einmal betä­ tigt, um von der Reihen- zur Parallelschaltung und umgekehrt umzuschalten.
• - Anbringung von Be- und Entlüftungsventilen (7) und Entleerungsarmaturen (15) und -Leitungen (14) an je­ dem abgeschlossenen Abschnitt eines Kühlers (5) oder Erwärmers (18) (s. Fig. 9).

Ziel der Erfindung

Insgesamt dienen alle vorgeschlagenen Maßnahmen der Eli­ minierung von Frostschutzmitteln aus Kühl- oder Erwär­ mungsanlagen, die thermisch-hydraulische und wirtschaft­ liche Nachteile gegenüber dem idealen Wärmeträger Wasser aufweisen und zudem nicht umweltneutral sind. In Kopplung mit weiteren Maßnahmen entstehen verblüffende Synergie­ effekte.

Unter Nutzung und in Ergänzung üblicher Druckhaltetechnik kann die Kühl- oder Erwärmungsanlage auf einem konstanten Druck und gleichzeitig frostfrei gehalten werden, wobei kein wesentlicher Zusatzaufwand getrieben werden muß.

In Solaranlagen wird zusätzlich die Umstellung auf Ein­ kreisanlagen möglich. Der Wärmeträger wird direkt in dem Erwärmer (18) zirkuliert. Temperaturspreizungen an Zwi­ schenwärmeübertragern treten so nicht auf. Die Solarener­ gienutzung kann wesentlich ausgeweitet werden, da die ge­ wünschte Temperatur zeitlich länger zur Verfügung steht. Der Erwärmer (Sonnenkollektor) (18) hat eine niedrigere Mitteltemperatur, was seine Wärmeverluste an die Umgebung herabsetzt und seinen Wirkungsgrad wesentlich erhöht.

Bei Verwendung edler oder auf ihrer medienzugewandten Seite veredelter nicht korrodierender Materialien kann als Ausgleichsmedium Luft verwendet werden, was zu we­ sentlichen Vereinfachungen im Aufbau einer Anlage führt. Durch die richtige Anordnung und Einbindung des Aufnahme­ behälters (1) in die Anlage wird eine zyklische Lösung und Entlösung des Ausgleichsmediums im Heiz- oder Kühlme­ dium (Wärmeträger) vermieden. Eine Abgrenzung der beiden Medien voneinander durch z. B. eine schwimmende Trenn­ schicht im Aufnahmebehälter (1) kann entfallen.

Damit stört auch die Sauerstoffdiffusion in Fußbodenhei­ zungen (23) aus Kunststoffrohren nicht mehr. Auch diese Fußbodenheizungen (23) können direkt in die Erwärmungsan­ lage eingebunden werden. Temperaturspreizungen an Zwi­ schenwärmeübertragern, wie sie derzeit an bekannten Anla­ gen auftreten, entstehen nicht. Die Solarenergienutzung kann so auf die Fußbodenheizung ausgedehnt werden. Aber auch der Wirkungsgrad jeder anderen Wärmequelle, wie z. B. eines Brennwertkessels (37) erhöht sich durch die tiefe­ ren Rücklauftemperaturen (s. Fig. 5).

Treten bei der Brauchwasserbereitung im Durchflußprinzip derzeit Temperaturgradienten an zwei Zwischenwärmeüber­ tragern auf, so wird dies nunmehr nur noch am brauchwas­ serbereitenden im oder am Wärmespeicher (21) angebrachten Wärmeübertrager (38) nötig. Es genügt eine niedrigere so­ lare Vorlauftemperatur zur qualitätsgerechten Brauchwas­ serzubereitung im Durchflußprinzip. Der Rücklauf gelangt mit tieferer Temperatur zu dem Erwärmer (18). Dadurch steigt dessen Wirkungsgrad.

Eine Entleerung des Erwärmers (18) ist auch bei einem Überangebot solarer Energie möglich. Damit kann es nicht zum Sieden des Wärmeträgers im Erwärmer (18) kommen. Be­ sonders hohe Auslegungsdrücke bzw. große Ausdehnungsvolu­ mina zur Unterdrückung bzw. Kompensation eines solchen Effekts sind nicht mehr erforderlich.

Der Aufnahmebehälter (1) dient bei der Einkreis-Ausfüh­ rung einer Anlage gleichzeitig dem Volumenausgleich in der gesamten Erwärmungsanlage. Bisher übliche Membran-Ausdehnungsgefäße jeweils am Erwärmungs- und Solarsystem werden überflüssig.

Das im oberen Bereich des Aufnahmebehälters (1) vorhan­ dene Luftpolster verbessert die Wärmedämmung im Wärme­ speicher (21) wesentlich.

Claims (25)

1. Anordnung zum Wärmeaustausch, die mindestens einen oberhalb des Erdbodens vorgesehenen, von einem frost­ gefährdeten flüssigen Wärmeträger durchströmten Wär­ meübertrager (5, 18), einen durch Überführungsleitun­ gen mit dem Wärmeübertrager (5, 18) verbundenen, durch eine Wärmequelle (2) oder durch eine Wärmesenke (22, 23) gebildeten Wärmeaustauschbereich, eine den Wärmeträger im Kreislauf fördernde Umwälzpumpe (3) und mindestens einen Aufnahmebehälter (1) für den Wärmeträger aufweist, der geodätisch unterhalb des Wärmeübertragers (5, 18) angeordnet ist, gemäß Patent 43 15 864 dadurch gekennzeich­ net, daß der Ausgleichsbehälter (1) in Strömungs­ richtung des Wärmeträgers unmittelbar nach dem Wärme­ austauschbereich (2, 22, 23) vor der Umwälzpumpe (3) im Bereich der höchsten Temperatur und des niedrig­ sten Drucks angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem oberen Teil des als Kühler (5) ausgebildeten Wärmeübertragers und dem Ausgleichsbehälter (1) eine Gaspendelleitung (6) vorgesehen und über eine durch ein Befüll- und Ent­ leerungsventil, einen thermischen Entlüfter oder ein Absperrventil gebildete Armatur (7) an den Kühler (5) angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung zwi­ schen der Umwälzpumpe (3) und dem unteren Teil des Kühlers (5) eine Umschaltarmatur (9) eingegliedert und über einen Umgang (8) an die Leitung zwischen dem oberen Teil des Kühlers (5) und dem Wärmeaustauschbe­ reich (2) angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabscheider (4) in die Leitung (10) zwischen dem Wärmeaustauschbereich (2) und der Umwälzpumpe (3) eingegliedert ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsbehälter (1) über mindestens eine Stichlei­ tung (11) mit entsprechender Anordnung in 12-Uhr-Po­ sition an die Leitung (10) zwischen dem Wärmeaus­ tauschbereich (2) und der Umwälzpumpe (3) angeschlos­ sen ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsbehälter (1) über ein Druckhalteventil (12) an die Leitung (10) zwischen dem Wärmeaustauschbe­ reich (2) und der Umwälzpumpe (3) angeschlossen ist, wobei zwischen dem Ausgleichsbehälter (1) und der Leitung zwischen der Umschaltarmatur (9) und dem Küh­ ler (5) eine Entleerungsleitung (14) mit darin einge­ gliederter Entleerungsarmatur (15) vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Aus­ gleichsbehälter (1) in der Stichleitung (11) und der Umwälzpumpe (3) eine Rückschlagarmatur (16) vorgese­ hen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Ausgleichs­ behälter (1) und der Rückschlagarmatur (16) eine Druckhaltepumpe (17) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmedium ein inertes Gas ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmedium Luft ist.

11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ausgleichsbehälter (1) unweit des als Erwärmer (18) ausgebildeten Wärme­ übertragers angeordnet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Erwärmer (18) unmit­ telbar unter dem Dach (19) in einer Dachheizzentrale angeordnet ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil eines Wärmespeichers (21) oder einer hydrauli­ schen/thermischen Weiche als Ausgleichsbehälter (1) gestaltet ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennglied zwischen dem Ausgleichsbehälter (1) im Wärmespeicher (21) und einer vom Erwärmer (18) ab­ wärts gerichteten Leitung (20) eine als Befüll- und Entleerungsventil, thermischer Entlüfter oder Ab­ sperrventil gestaltete Armatur (7) in die Gaspendel­ leitung (6) integriert ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (20 usw.), der Erwärmer (18), der Heiz­ körperheizkreis (22), die Umwälzpumpe (3), der Wärme­ speicher (21), der Ausgleichsbehälter (1) und die Fußbodenheizung (23) aus nicht korrosionsempfindli­ chen edlen Materialien bestehen.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überlauf- und Belüftungsventil (24) und/oder ein Si­ cherheitsabblasventil (25) der Gaspendelleitung (6) zugeordnet ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anbindung des Vorlaufs (26) der Fußbodenheizung (23) an den Rücklauf (27) des Heizkörperheizkreises (22) die Fußbodenheizung (23) und der Heizkörperheizkreis (22) in Reihe geschaltet sind, wobei eine Rückschlag­ armatur (28) nach der Anbindung des Vorlaufs (26) in­ tegriert ist, daß zwischen den Vorläufen (26, 30) der Fußbodenheizung (23) und des Heizkörperheizkreises (22) ein mit einem Druck- bzw. Differenzdruckhalte­ ventil (31) versehener Bypass (29) vorgesehen ist, und daß der Rücklauf der Fußbodenheizung (23) hinter der Rückschlagarmatur (28) an den Rücklauf (27) des Heizkörperheizkreises (22) angeschlossen ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorläufe (26, 30) der Fußbodenheizung (23) und des Heizkörperheiz­ kreises (22) einerseits und deren Rücklauf (27) ande­ rerseits getrennt an den Wärmespeicher (21) ange­ schlossen sind.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mengen- oder Temperaturregelventil (32) vor dem Ein­ tritt der Leitung (20) in den Wärmespeicher (21) bzw. den Ausgleichsbehälter (1) vorgesehen ist.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rücklauftemperaturbegrenzer (34) im Umgang (8) zwi­ schen dem Vor- und Rücklauf (20, 35) des wärmegedämm­ ten Ausgleichsbehälters (1) vorgesehen ist.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (3) eine steile Kennlinie aufweist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß getrennte Befüll- und Umwälzpumpen oder zwei redundante Umwälz­ pumpen variabel parallel oder in Reihe geschaltet sind.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Register des Wärmeübertragers (5, 18) durch Um­ schaltarmaturen (36) wechselweise parallel- oder rei­ henschaltbar sind.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß an jeden abgeschlossenen Abschnitt des Kühlers (5) oder Erwärmers (18) Be- und Entlüftungsventile (7) und Entleerungsarmaturen (15) bzw. Entleerungsarmaturen (14) angeschlossen sind.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß am Wärmespeicher (21) ein Wärmeübertrager (38) ange­ bracht ist, wobei das Heizmedium mit einer durch ein Dreiwegeventil umschaltbaren Heizungspumpe zirkulier­ bar ist.