DE1014572B

DE1014572B - Heat exchange system

Info

Publication number: DE1014572B
Application number: DEG17435A
Authority: DE
Inventors: Hans Kohlmueller
Original assignee: Waermetechnische Anlagen M B H
Current assignee: Waermetechnische Anlagen M B H
Priority date: 1955-06-22
Filing date: 1955-06-22
Publication date: 1957-08-29

Description

Wärmetauschanlage Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschanlage, bei der im Betrieb zwischen der dem einen Stoff zu entziehenden Wärmemenge und der dem anderen Stoff zuzuführenden Wärmemenge Unterschiede auftreten, die durch zusätzliche Kühlung oder Heizung ausgeglichen werden. Hierbei soll zuweilen die dem einen Stoff entzogene Wärmemenge zur Beheizung des kälteren Stoffes ausgenutzt werden. Wenn nun entweder die Wärmemenge im zu kühlenden Stoff oder der Wärmebedarf der durch das Kühlmittel zu beheizenden Anlage Schwankungen unterworfen ist, so wird das Gleichgewicht gestört, und es ist notwendig, entweder den wärmeabgebenden Stoff zusätzlich zu kühlen oder den wärmeaufnehmenden Stoff zusätzlich zu beheizen.Heat exchange system The invention relates to a heat exchange system in between the amount of heat to be extracted from one substance and the one during operation Differences in the amount of heat to be added to other substances occur due to additional Cooling or heating can be compensated. Sometimes the one thing is supposed to be The amount of heat extracted can be used to heat the colder material. if now either the amount of heat in the material to be cooled or the heat demand of the through the coolant to be heated system is subject to fluctuations, so the equilibrium becomes disturbed, and it is necessary to either use the exothermic substance in addition to it cool or additionally heat the heat-absorbing material.

Diese Gegebenheiten sind an Hand eines in Fig. 1 dargestellten Beispiels erläutert. Durch die Leitung 1 wird Transformatoröl dem Wärmetauscher 2 zugeführt. Nach Abgabe eines Teiles seines Wärmeinhalts strömt das Transformatoröl durch die Leitungen 3, 4, 5 und 6 zurück zum Transformator. Die im Wärmetauscher 2 abgegebene Wärmemenge soll nun beispielsweise zur Beheizung benachbarter Wohnräume ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck wird dem Wärmetauscher als Kühlmittel oder Wärmeträger durch die Leitung 7 beispielsweise Wasser zugeführt, das nach Durchsetzen des Wärmetauschers durch die Leitung 8, 9, 10, 11 zu den zu beheizenden Räumen zurückströmt. Dem Transformatoröl soll die Wärmemenge Q1 entzogen werden, während den zu beheizenden Räumen durch das Kühlwasser die Wärmemenge Q2 zuzuführen ist. Die Anlage wird so ausgelegt, daß bei Grundlast des Transformators die abgegebene Wärmemenge Q1 (Abfallwärme) etwa dem höchsten Wärmebedarf der zu beheizenden Räume entspricht. Sobald am Transformator Lastspitzen auftreten, besteht die Notwendigkeit, die überschüssige Wärme getrennt abzuführen. Wenn andererseits die von dem Kühlwasser beheizten Räume nur eine geringe Wärmemenge brauchen, besteht ebenfalls das Bedürfnis, einen Teil der Wärmemenge auf anderem Wege abzuführen. Zu diesem Zweck wird ein zweiter Wärmetauscher 12 vorgesehen, der über die Leitungen 13, 14 in die Rücklaufleitung 3, 4, 5, 6 des Transformatoröls eingeschaltet werden kann. Damit der Ölkreislauf in wünschenswerter Weise auf die beiden Wärmetauscher 2 und 12 verteilt werden kann, sind drei Ventile 15, 16 und 17 vorgesehen. Der Wärmetauscher 12 wird durch die Leitungen 18 und 19 mit Kühlwasser beschickt. Dieses Kühlwasser führt eine Wärmemenge Q3 ab, so daß Q2 Q1 Q3 ist. Wird andererseits der Transformator mit Teillast gefahren oder abgeschaltet, während sich die Heizanlage im Betrieb befindet, dann muß dem durch den Wärmetauscher 2 strömenden, der Beheizung der Räume dienenden Kühlmittel zusätzlich die Wärmemenge Q4 zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist ein Wärmetauscher 21 über die Leitungen 20 und 22 in die Leitung 8, 9, 10, 11 gelegt. Auch hier sind drei Ventile 23, 24 und 25 vorgesehen. Das Heizmittel, welches das Kühlmittel um die Wärmemenge Q4 aufheizen soll, fließt durch den Wärmetauscher 21 über die Leitungen 26 und 27. In diesem Falle ist Q2 = Q1+ Q4.These conditions are explained using an example shown in FIG. 1. Transformer oil is fed to the heat exchanger 2 through the line 1. After releasing part of its heat content, the transformer oil flows through lines 3, 4, 5 and 6 back to the transformer. The amount of heat given off in the heat exchanger 2 should now be used, for example, to heat neighboring living spaces. For this purpose, water, for example, is supplied to the heat exchanger as a coolant or heat carrier through line 7, which after passing through the heat exchanger flows back through line 8, 9, 10, 11 to the rooms to be heated. The amount of heat Q1 is to be extracted from the transformer oil, while the amount of heat Q2 is to be supplied to the rooms to be heated by the cooling water. The system is designed in such a way that, with the transformer's base load, the amount of heat Q1 (waste heat) emitted roughly corresponds to the highest heat demand of the rooms to be heated. As soon as load peaks occur on the transformer, it is necessary to dissipate the excess heat separately. If, on the other hand, the rooms heated by the cooling water only need a small amount of heat, there is also a need to dissipate part of the amount of heat in another way. For this purpose, a second heat exchanger 12 is provided, which can be switched on via the lines 13, 14 into the return line 3, 4, 5, 6 of the transformer oil. So that the oil circuit can be distributed to the two heat exchangers 2 and 12 in a desirable manner, three valves 15, 16 and 17 are provided. The heat exchanger 12 is charged with cooling water through the lines 18 and 19. This cooling water dissipates an amount of heat Q3 so that Q2 is Q1 Q3 . If, on the other hand, the transformer is operated at partial load or switched off while the heating system is in operation, the coolant flowing through the heat exchanger 2 and used to heat the rooms must also be supplied with the amount of heat Q4. For this purpose, a heat exchanger 21 is placed in lines 8, 9, 10, 11 via lines 20 and 22. Here, too, three valves 23, 24 and 25 are provided. The heating medium, which is intended to heat the coolant by the amount of heat Q4, flows through the heat exchanger 21 via the lines 26 and 27. In this case, Q2 = Q1 + Q4.

Die Zuschaltung des zweiten Wärmetauschers 12 oder des dritten Wärmetauschers 21 erfolgt durch Umschaltvorrichtungen 15, 16, 17, 23, 24, 25. Insbesondere bei größeren Leistungen muß die Umschaltung von Hand erfolgen, da thermostatische Steuerungen für derartig große Flüssigkeitsmengen nicht wirtschaftlich arbeiten. Außerdem ändert sich die Widerstandskennlinie sowohl des- Transformatoröls beim Übergang von dem Strömungsweg 1, 2, 3, 4, 5, 6 auf den Strömungsweg 1, 2, 3, 13, 12, 14, 6 als auch die Widerstandskennlinie des Kühlmittels beim Übergang von dem Strömungsweg 7, 2; 8, 9, 10, 11 zum Strömungsweg 7, 2, 8, 20, 21, 22, 11. Dies wirkt sich, insbesondere bei Verwendung von Kreiselpumpen, in der Förderleistung und damit im Gesamtbetrieb der Anlage außerordentlich störend aus. Schließlich ist es unangenehm, daß sowohl in dem Wärmetauscher 2 als auch in dem Wärmetauscher 12 die Wärmedurchgangszahlen durch den zu kühlenden Stoff, z. B. Transformatoröl, bestimmt werden, der im allgemeinen die ungünstigeren Wärmeübergangszahlen hat. Um die bei der vorstehend beschriebenen, an sich bekannten Anlage auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung in den Kreislauf wenigstens ein dauernd von diesem Stoff beaufschlagter Hilfswärmetauscher eingeschaltet, der in regelbarer Weise gekühlt oder geheizt werden kann. Auf diese Weise wird die Regelung der Wärmetauschanlage aus dem Kreislauf des gekühlten oder des kühlenden Hauptstoffes heraus in den Kreislauf des kühlenden oder beheizenden Hilfsstoffes verlegt. Der Strömungsweg des zu kühlenden oder des zu beheizenden Hauptstoffes bleibt im Betrieb ungeändert. Damit ergeben sich gleichbleibende Strömungsverhältnisse und wesentlich vereinfachte Steuerungen. Vorzugsweise legt man an den Kreislauf eines der Hauptstoffe zwei Hilfswärmetauscher, von denen dann der eine durch einen Hilfsstoff in regelbarer Weise gekühlt und der andere durch einen Hilfsstoff in regelbarer Weise geheizt werden kann. Der Wärmeübergang wird verbessert, wenn man den oder die Hilfswärmetauscher in den Kreislauf des Hauptstoffes mit der höheren Wärmeübergangszahl legt. Vorzugsweise wird man einen . zur zusätzlichen Kühlung dienenden Hilfswärmetauscher dem Hauptwärmetauscher vorschalten und ihm einen zum zusätzlichen Heizen dienenden Hilfswärmetauscher nachschalten.The connection of the second heat exchanger 12 or the third heat exchanger 21 takes place by switching devices 15, 16, 17, 23, 24, 25. In particular at higher outputs must be switched by hand, as thermostatic controls do not work economically for such large amounts of liquid. Also changes the resistance curve of both the transformer oil at the transition from the Flow path 1, 2, 3, 4, 5, 6 to flow path 1, 2, 3, 13, 12, 14, 6 as well the resistance characteristic of the coolant at the transition from the flow path 7, 2; 8, 9, 10, 11 to flow path 7, 2, 8, 20, 21, 22, 11. This affects, in particular when using centrifugal pumps, in the delivery rate and thus in the overall operation the system extremely annoying. After all, it's uncomfortable that both in the heat exchanger 2 as well as in the heat exchanger 12, the heat transfer coefficients by the substance to be cooled, e.g. B. transformer oil, can be determined in general has the less favorable heat transfer coefficients. To the at the above to eliminate the difficulties described per se known system, According to the invention, at least one of this substance is permanently in the cycle pressurized auxiliary heat exchanger switched on, which cooled in a controllable manner or can be heated. In this way the regulation of the heat exchange system out of the circuit of the cooled or the cooling main substance into the circuit of the cooling or heating auxiliary material laid. The flow path of the to be cooled or the main material to be heated remains unchanged during operation. So surrender constant flow conditions and significantly simplified controls. Preferably, two auxiliary heat exchangers are placed on the circuit of one of the main substances, one of which is then cooled by an auxiliary substance in a controllable manner and the others can be heated in a controllable manner by an auxiliary material. The heat transfer is improved if the auxiliary heat exchanger (s) is / are in the cycle of the main substance with the higher heat transfer coefficient. Preferably one becomes one. for additional Cooling serving auxiliary heat exchanger upstream of the main heat exchanger and him Connect an auxiliary heat exchanger downstream for additional heating.

Die Wärmetauscher können zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt werden, wobei dann vorzugsweise der zum Beheizen dienende Hilfswärmetauscher den zum Kühlen dienenden Hilfswärmetauscher mantelartig umschließt.The heat exchangers can be combined to form a structural unit , in which case the auxiliary heat exchanger used for heating is preferably the Auxiliary heat exchanger serving for cooling encloses like a jacket.

Bei der gewählten Anordnung oder Schaltung ist eine einfache Regelung der Kühlung oder Beheizung durch thermostatische Mittel ohne weiteres durchführbar, da die benötigten Mengen der Hilfsstoffe gering sind und man im allgemeinen für jeden Hilfswärmetauscher nur ein Ventil benötigen wird.With the chosen arrangement or circuit there is a simple regulation cooling or heating by thermostatic means is easily feasible, since the required amounts of the auxiliaries are small and one generally for each auxiliary heat exchanger will only need one valve.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand nach der Erfindung schematisch im Längsschnitt dargestellt. Der Hauptwärmetauscher 28 ist ein Zweistromwärmetauscher, dessen Rohrbündel 29 von einem Kühlmittel, z. B. Wasser, durchströmt werden, während dem Außenraum der zu kühlende Stoff, z. B. Transformatoröl, zugeführt wird. Der Außenraum ist mit einer Zuführung 30 und einer Abführung 31 versehen.In Fig. 2 is an embodiment of the subject after Invention shown schematically in longitudinal section. The main heat exchanger 28 is a two-flow heat exchanger, the tube bundle 29 of a coolant, for. B. water, flowed through, while the outside of the substance to be cooled, z. B. transformer oil, is fed. The outside space is provided with an inlet 30 and an outlet 31 Mistake.

Auf dem Wege zum Hauptwärmetauscher 28 durchsetzt das vom Anschluß 32 kommende Kühlmittel zunächst den Außenraum des vorgeschalteten Hilfswärmetauschers 33, durchsetzt dann den aufsteigenden Teil des Rohrbündels 29, geht nach Durchströmen des Umlenkraumes 34 durch den anderen Teil des Rohrbündels wieder nach unten, von wo es in den nachgeschalteten Hilfswärmetauscher 35 gelangt und durch den Anschluß 36 entnommen wird. Der zur Kühlung dienende Hilfswärmetauscher 33 ist ebenfalls ein Zweistromwärmetauscher mit einer Zuführung 37, einer Abführung 38, einem Rohrbündel 39 und einem Umlenkraum 40. Innerhalb des nachgeschalteten, zur Beheizung dienenden Hilfswärmetauschers 35 befindet sich eine Heizschlange 41 mit einer Zuleitung 42 und einer Ableitung 43.On the way to the main heat exchanger 28, the connection penetrates 32 incoming coolant first the outer space of the upstream auxiliary heat exchanger 33, then passes through the ascending part of the tube bundle 29, goes through after flow of the deflection space 34 through the other part of the tube bundle down again, from where it gets into the downstream auxiliary heat exchanger 35 and through the connection 36 is taken. The auxiliary heat exchanger 33 serving for cooling is also a two-flow heat exchanger with an inlet 37, an outlet 38, a tube bundle 39 and a deflection space 40. Inside the downstream, used for heating A heating coil 41 with a supply line 42 is located in the auxiliary heat exchanger 35 and a derivative 43.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Vier -Stoff-Wärmetauscher mit Zuschaltheizflächen. Der Hauptwärmetauscher 28 wird für eine Grundlast Q1 ausgelegt. Beim Auftreten von Lastspitzen oder während geringeren Wärmebedarfs Q2 wird durch Vorkühlen des bei 32 zugeführten Kühlmittels im Hilfswärmetauscher 33 die Wärmemenge Q3 entzogen und über 38 abgeführt. Dadurch entsteht ein erhöhter Temperaturunterschied zwischen dem bei 30 zugeführten, zu kühlenden Stoff einerseits und dem bei 32 zugeführten, zu erwärmenden Stoff andererseits. Der Hauptwärmetauscher 28 kann daher auch die Spitzenlast übertragen. Der Hilfswärmetauscher 33 wird in seiner Wirksamkeit durch Mengenregelung des von 37 nach 38 fließenden Hilfskühlstoffes beeinflußt. Durch Wahl zweier Mittel mit hohen Wärmeübergangszahlen (z. B. Wasser) kann man erreichen, daß der Hilfswärmetauscher 33 wesentlich kleiner bemessen werden kann als der Wärmetauscher 12 gemäß Fig. 1. Außerdem ist eine thermostatische Regelung des von 37 nach 38 fließenden Stoffes ohne Schwierigkeit durchzuführen. Eine Umschaltung im Strömungsweg von 30 bis 31 ist im Gegensatz zu der Schaltung gemäß Fig. 1 nicht mehr erforderlich.The illustrated embodiment is a Four-material heat exchanger with additional heating surfaces. The main heat exchanger 28 is designed for a base load Q1. When peak loads occur or during lower ones Heat demand Q2 is generated by pre-cooling the coolant supplied at 32 in the auxiliary heat exchanger 33 the amount of heat Q3 is withdrawn and dissipated via 38. This creates an increased Temperature difference between the substance to be cooled and fed in at 30 on the one hand and the substance to be heated fed at 32 on the other hand. The main heat exchanger 28 can therefore also transmit the peak load. The auxiliary heat exchanger 33 is shown in its effectiveness by regulating the amount of auxiliary coolant flowing from 37 to 38 influenced. By choosing two agents with high heat transfer coefficients (e.g. water) it can be achieved that the auxiliary heat exchanger 33 can be made much smaller can be used as the heat exchanger 12 according to FIG. 1. There is also a thermostatic control of the material flowing from 37 to 38 without difficulty. A switch in the flow path from 30 to 31, in contrast to the circuit according to FIG. 1, is not more required.

Wenn Q1 nicht ausreichend ist, um dem von 32 nach 36 fließenden Stoff die Wärmemenge Q2 zuzuführen, so kann man durch den von 42 nach 43 durch die Heizschlange 41 fließenden Stoff die fehlende Wärmemenge Q4 zuführen. Auch hierbei ist eine Umschaltung in dem beheizten Kreislauf 32 bis 36 nicht erforderlich. Um den zusätzlichen Wärmetauscher 35 ebenfalls möglichst klein wählen zu können, kann man sich entsprechender Wärmeträger mit guten Wärmeübergangszahlen bedienen; beispielsweise ist die Verwendung von Dampf oder einer elektrischen Beheizung vorteilhaft.If Q1 is not enough, the fabric flowing from 32 to 36 To supply the amount of heat Q2, one can go through the from 42 to 43 through the heating coil 41 Apply the missing amount of heat Q4 to flowing material. Here, too, there is a switchover not required in the heated circuit 32 to 36. To the additional heat exchanger 35 to be able to choose as small as possible, you can get the appropriate heat transfer medium serve with good heat transfer coefficients; for example is the use of steam or electrical heating is advantageous.

Durch die Erfindung erhält man insbesondere für den zu kühlenden Stoff (Strömungsweg 30 und 31) und im Bedarfsfall auch für den zu beheizenden Stoff (Strömungsweg 32 und 36) eine konstante Strömungscharakteristik. In beiden Strömungswegen entfällt jegliche Regelarbeit. Die Regelung ist in einfachster Weise durchzuführen, und zwar unabhängig davon, ob Q1 größer oder kleiner ist als Q2. Die zusätzlichen Wärmetauscher 33 und 35 können sehr klein gewählt und mit dem Hauptwärmetauscher 28 baulich zusammengefaßt sein, wodurch Leitungswege erspart werden. Da nur geringe Mengen der Wärmeträger (Hilfsstoff oder elektrischer Heizstrom) geregelt werden müssen, ist eine thermostatische Regelung leicht durchzuführen.The invention provides in particular for the substance to be cooled (Flow path 30 and 31) and, if necessary, also for the substance to be heated (flow path 32 and 36) a constant flow characteristic. Not applicable in both flow paths any regular work. The regulation is to be carried out in the simplest way, namely regardless of whether Q1 is larger or smaller than Q2. The additional heat exchangers 33 and 35 can be chosen to be very small and structurally combined with the main heat exchanger 28 which saves cable routes. Since only small amounts of the heat transfer medium (Auxiliary material or electrical heating current) must be regulated is a thermostatic Regulation easy to implement.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Heat exchange system in which differences occur during operation between the amount of heat to be withdrawn from one substance (Q1) and the amount of heat to be supplied to the other substance (Q2), which are compensated for by additional cooling or heating, characterized in that in the circuit at least one of the substances is switched on, at least one auxiliary heat exchanger which is continuously acted upon by this substance and which can be cooled or heated in a controllable manner.

2. Heat exchange system according to claim 1, characterized in that in the circuit two auxiliary heat exchangers lie in one substance.

3. Heat exchange system according to claim 1 or 2, characterized in that the auxiliary heat exchanger (s) in the circuit of the substance with the higher heat transfer coefficient.

4. Heat exchange system after Claim 2 or 3, characterized in that an auxiliary heat exchanger serving for cooling upstream of the main heat exchanger and an auxiliary heat exchanger for heating downstream of the main heat exchanger.

5. Heat exchange system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat exchangers are combined to form a structural unit.

6. Heat exchange system according to claim 5, characterized in that the auxiliary heat exchanger used for heating the enclosing the auxiliary heat exchanger serving for cooling in a cylindrical shape.

7. Heat exchange system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the additional cooling or heating in the auxiliary heat exchangers is thermostatically controlled.