DE69511904T2

DE69511904T2 - Heizungsanlage für ein gebäude mit wärmerohr

Info

Publication number: DE69511904T2
Application number: DE69511904T
Authority: DE
Inventors: Michel Rerolle
Original assignee: GENERFEU VAULX EN VELIN SOC
Current assignee: GENERFEU VAULX EN VELIN SOC
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1999-12-23
Anticipated expiration: 2015-10-14
Also published as: AU3749695A; EP0855006B1; WO1997014002A1; EP0855006A1; DE69511904D1; US6006998A; CA2235109A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Heizung eines Gebäudes, und insbesondere eines Gebäudes für die industrielle Nutzung, beispielsweise einer Werkstatt.
Gemäß dem Dokument FR-A-2 320 501 ist eine Heizungsanlage mit Wärmerohr für ein Gebäude, beispielsweise für Wohnzwecke, das demzufolge mehrere zu heizende Räume bzw. Zimmer aufweist, die jeweils durch eine Wand bzw. ein äquivalentes Trennmittel abgegrenzt sind, beschrieben und vorgeschlagen worden. Diese Heizungsanlage weist ein passives Wärmeübertragungs-Modul bzw. -System auf, das ein geschlossenes mit einem zweiphasigen Wärmeträgerfluid, beispielsweise einem Fluorchlorkohlenwasserstoff, gefülltes Volumen bildet. Das Modul weist an einem unteren Ende einen Verdampfer, der außerhalb des zu heizenden Raumes bzw. Zimmers angeordnet ist, einen im oberen Bereich innerhalb desselben Raumes angeordneten Kondensator und einen adiabatischen Kreislauf auf, der den Ausgang des Verdampfers und den Eingang des Kondensators verbindet, und der durch die Wand des zu heizenden Raumes hindurchgeht, und der dazu ausgestaltet ist, den Durchlauf des verdampften Wärmeträgerfluids vom Verdampfer zum Kondensator und den Rücklauf desselben kondensierten Fluids vom Kondensator zum Verdampfer zu gewährleisten, und dies mittels einer als Wärmerohr ausgestalteten Steigleitung. Die innerhalb des zu heizenden Raumes angeordneten Heizungsmittel sind einzig und allein konvektionsartige Mittel und sind thermisch mit dem Kondensator verbunden.
Die vorstehend beschriebene Anlage erscheint zum Heizen eines industriellen Gebäudes als ungeeignet.
Gemäß dem Dokument GB-A-764 280 ist eine Heizungsanlage mit Wärmerohr beschrieben, die wie die vorstehend genannte aufweist:
(a) ein passives Wärmeübertragungs-Modul, das ein geschlossenes, mit einem zweiphasigen Wärmeträgerfluid gefülltes Volumen bildet, das zumindest einen Verdampfer, zumindest einen Kondensator und einen adiabatischen Kreislauf, der den Ausgang des Verdampfers und den Eingang des Kondensators verbindet, aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Durchlauf des verdampften Wärmeträgerfluids vom Verdampfer zum Kondensator und den Rücklauf des kondensierten Wärmeträgerfluids vom Kondensator zum Verdampfer zu gewährleisten;
(b) eine Wärmequelle im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer;
(c) Heizungsmittel, die mit dem Kondensator thermisch verbunden sind, und die im wesentlichen aus Heizungsmitteln zum Heizen der Umgebungsluft bzw. -atmosphäre mittels Konvektion bestehen.
Es ist bekannt, daß sich Konvektionsmittel als wenig wirkungsvoll dabei erweisen, einen Raum mit einem großen Volumen, beispielsweise in der Art einer Werkstatt, zu heizen.
Die vorliegende Erfindung hat demnach eine Heizungsanlage mit Wärmerohr zum Ziel, mit der ein Gebäude mit einer zufriedenstellenden Wärmeleistung, und besser als mit herkömmlichen Heizungsmitteln, geheizt werden kann.
Erfindungsgemäß sind die Heizungsmittel im oberen Bereich des zu heizenden Raumes angeordnet und nach unten gerichtet. Diese Mittel kombinieren in sich eine Wärmestrahlung ab strahlende Struktur, die eine relativ groß entwickelte Fläche aufweist, und die thermisch mit dem Kondensator verbunden ist, sowie Wärmeisolationsmittel für die abstrahlende Struktur, die über dem Kondensator und der genannten Struktur angeordnet sind, und die im Bezug zueinander derart dimensioniert sind, daß die von den Heizungsmitteln durch Strahlung emittierte Wärme zumindest 80% der von den genannten Mitteln erzeugten Wärme darstellt.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 schematisch mit teilweiser Aufbrechung ein Gebäude darstellt, das mit einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage ausgerüstet ist;
Fig. 2 weiterhin schematisch ein passives Wärmeübertragungs-Modul darstellt, das zu der in Fig. 1 dargestellten Heizungsanlage gehört;
Fig. 3 Heizungsmittel im Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 darstellt, die zu dem in Fig. 2 dargestellten passiven Wärmeübertragungs-Modul gehören.
In Fig. 1 ist ein Gebäude 14 dargestellt, dessen Dach aus zeichnerischen Gründen weggelassen wurde, und das eine Wand 15 aufweist, die im Inneren einen zu heizenden Raum 1 abgrenzt. Der Länge des Gebäudes 14 nach sind mehrere (im vorliegenden Fall vier) erfindungsgemäße passive Wärmeübertragungs-Module 2 verteilt, derart, daß ein homogenes Heizen des Inneren des Gebäudes gewährleistet ist. Die Raumwand 15 ist in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Linie schematisch dargestellt.
Gemäß Fig. 2 bildet jedes passive Wärmeübertragungs-Modul 2 ein geschlossenes, mit einem zweiphasigen Wärmeträgerfluid, im vorliegenden Fall mit Wasser in flüssiger und dampfförmiger Form, gefülltes Volumen. Jedes Modul 2 ist beidseits der Wand 15 des zu heizenden Raumes 1 und demnach zugleich außerhalb und innerhalb des Gebäudes 14 angeordnet und weist in allgemeiner Weise auf:
- einen Verdampfer 3, der gegebenfalls außerhalb des zu heizenden Raumes 1, und genauer gesagt, innerhalb einer wärmegedämmten Umwälzleitung 8 für einen auf hoher Temperatur befindlichen Gasstrom, angeordnet ist, die ihrerseits außerhalb des Gebäudes 14 angeordnet ist;
- drei Kondensatoren 41, 42 und 43, die über einen selben Verteiler 13 gespeist werden, und die innerhalb des Raumes 1, genauer gesagt im oberen Bereich des Gebäudes 14 unter dem (nicht dargestellten) Dach angeordnet sind, und dabei näherungsweise dem Gefälle des letzteren folgen;
- einen adiabatischen Kreislauf bzw. ein Rohr 5, der durch die Wand 15 des zu heizenden Raumes hindurchgeht und den Ausgang 3a des Verdampfers 3 und die Eingänge 41a, 42a und 43a der Kondensatoren 41, 42 und 43 über den Verteiler 13 verbindet, wobei der Kreislauf dazu ausgestaltet ist, den Durchlauf des verdampften Wärmeträgerfluids vom Verdampfer 3 zu den vorgenannten Kondensatoren und den Rücklauf des kondensierten Wärmeträgerfluids im Gegenstrom von den Kondensatoren 41 bis 43 zu dem Verdampfer 3 zu gewährleisten.
Die wärmegedämmte Umwälzleitung 8 für den auf hoher Temperatur befindlichen Gasstrom bildet eine gemeinsame Wärmequelle 6 für alle passiven Wärmeübertragungs-Module 2. Zu diesem Zweck sind die Verdampfer 3 der vier Wärmeübertragungs-Module 2 in der wärmegedämmten Leitung 8 im Wärmeaustausch mit dem in der letzteren zirkulierenden Gasstrom angeordnet. Ein Brenner 9, beispielsweise für ein Brenngas, ist an einem Ende der Umwälzleitung 8 angeordnet, und zwar stromaufwärts der gesamten Verdampfer 3. So zirkuliert in der Leitung 8 in der durch die Pfeile 16 angezeigten Richtung durch Ansaugung von Umgebungsluft ein Gasstrom auf hoher Temperatur.
Gemäß Fig. 2 weist jedes passive Wärmeübertragungs-Modul 2 Heizungsmittel auf, die im oberen Bereich des zu heizenden Raumes 1 angeordnet und nach unten gerichtet sind. Jedes Heizungsmittel kombiniert in sich eine abstrahlende Struktur 71, 72 bzw. 73, die dazu ausgestaltet ist, Wärme nach unten abzustrahlen, und die eine relativ groß entwickelte Fläche aufweist und thermisch, beispielsweise durch Wärmeleitung, mit einem Kondensator 41, 42 bzw. 43 verbunden ist. Genauer gesagt weist jeder Kondensator 41 bzw. 42 bzw. 43, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt ist, ein an einem Ende 41a bzw. 42b bzw. 43b geschlossenes Rohr auf, und die abstrahlende Struktur 71, 72 bzw. 73 weist zwei Flügel 71a und 71b bzw. 72a und 72b bzw. 73a und 73b aus Metall auf, die beidseits des vorgenannten Rohrs angeordnet und wärmeleitend mit letzterem verbunden sind. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Wärmeisolationsmittel 10 für jede abstrahlende Struktur 71, 72 bzw. 73 über dem Kondensator 41, 42 bzw. 43 und der abstrahlenden Struktur 71, 72 bzw. 73 eines selben passiven Wärmeübertragungs-Moduls 2 angeordnet. Der Kondensator 41, 42 bzw. 43, die abstrahlende Struktur 71, 72 bzw. 73 und das Wärmeisolationsmittel 10 sind im Bezug zueinander derart dimensioniert, daß die von dem Heizungsmittel durch Strahlung emittierte Wärme zumindest 80% der von dem genannten Heizungsmittel erzeugten Wärme darstellt.
Der Verdampfer 3 jedes Wärmeübertragungs-Moduls 2 zur Wärmeübertragung weist einerseits ein an einem Ende 12a geschlossenes Rohr 12, das quer, beispielsweise vertikal in der Umwälzleitung 8 für den auf hoher Temperatur befindlichen Gasstrom angeordnet ist, und andererseits eine Mehrzahl von Rippen 13 auf, die senkrecht zur Achse des geschlossenen Rohrs 12 angeordnet sind.
Es ergibt sich aus der vorhergehenden Beschreibung, daß sich jedes passive Wärmeübertragungs-Modul 2 als Thermosiphon verhält, das den Verdampfer 3 an einem Ende und in unterer Lage und drei Kondensatoren 41 bis 43, die mit ihren jeweiligen abstrahlenden Strukturen 71 bis 73 an dem anderen Ende und in einer oberen Lage angeordnet sind, umfaßt. Der Verdampfer 3 und die vorgenannten Kondensatoren sind miteinander durch den adiabatischen Kreislauf 5 und den Verteiler 13 verbunden, um ein Aufsteigen der Dampfphase (gemäß dem gepunkteten Pfeil) und ein Absinken (gemäß dem durchgehenden Pfeil) der Flüssigphase des Wärmeträgerfluids im Gegenstrom zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß sind das Wärmeträgerfluid und der Innendruck in jedem passiven Wärmeübertragungs-Modul 2 so bestimmt, daß im Betrieb:
- im Kondensator eine vorbestimmte Temperatur im Bereich zwischen 110ºC und 250ºC, bevorzugt im Bereich zwischen 140ºC und 160ºC, beispielsweise 150ºC, hergestellt ist;
- und in dem Verdampfer 3 eine Temperatur im Bereich zwischen 400ºC und 600ºC, bevorzugt im Bereich zwischen 450ºC und 550ºC, beispielsweise 500ºC, hergestellt ist.
Bevorzugt entspricht die Dimensionierung jedes Wärmeübertragungs-Moduls 2 den folgenden Eingeschaften:
- wenn das geschlossene Volumen maximal gleich 25 Liter beträgt, liegt der Durchlaufquerschnitt des adiabatischen Kreislaufes bzw. Rohres 5 im Bereich zwischen 3 und 4 cm;
- die Gesamtlänge des Moduls 2, d. h. genommen vom Verdampfer 3 bis zu den Kondensatoren 41 bis 43, ist kleiner oder gleich 15 m.

Claims

1. Heizungsanlage mit Wärmerohr für ein Gebäude, das zumindest einen durch eine Wand abgegrenzten zu heizenden Raum (1) aufweist, wobei die Anlage aufweist:

(a) ein passives Wärmeübertragungs-Modul (2), das ein geschlossenes, mit einem zweiphasigen Wärmeträgerfluid gefülltes Volumen bildet, das zumindest einen Verdampfer (3), zumindest einen Kondensator (41, 42, 43), der in dem zu heizenden Raum (1) angeordnet ist, und einen adiabatischen Kreislauf (5) aufweist, der den Ausgang (3a) des Verdampfers (3) und den Eingang (41a, 42a, 43a) des Kondensators verbindet und durch die Wand des zu heizenden Raums hindurchgeht, und der dazu ausgestaltet ist, den Durchlauf des verdampften Wärmeträgerfluids vom Verdampfer zum Kondensator und den Rücklauf des kondensierten Wärmeträgerfluids vom Kondensator zum Verdampfer zu gewährleisten;

(b) eine Wärmequelle (6), die außerhalb des zu heizenden Raumes (1) im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer (3) angeordnet ist;

(c) Heizungsmittel (71, 72, 73), die innerhalb des zu heizenden Raumes (1) angeordnet und thermisch mit dem Kondensator (41, 42, 43) verbunden sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungsmittel im oberen Bereich des zu heizenden Raumes (1) angeordnet und nach unten gerichtet sind und zumindest einen Kondensator (41, 42, 43), der ein an einem Ende (41b, 42b, 43b) geschlossenes Rohr aufweist, zumindest eine Wärmestrahlung abstrahlende Struktur (71, 72, 73), die zwei beidseits des Rohrs angeordnete und thermisch mit letzterem verbundene Flügel (71a, 71b, 72a, 72b, 73a, 73b) auf weist, und Wärmeisolationsmittel (10) für die abstrahlende Struktur in sich kombinieren, die über dem Kondensator und der abstrahlenden Struktur angeordnet sind, wobei alle diese Mittel derart in Bezug zueinander dimensioniert sind, daß die durch die Heizungsmittel durch Strahlung emittierte Wärme zumindest 80% der von den genannten Mitteln erzeugten Wärme darstellt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgerfluid und der Innendruck in dem passiven Wärmeübertragungs-Modul (2) so bestimmt sind, daß im Betrieb in dem Kondensator eine vorbestimmte Temperatur im Bereich zwischen 110ºC und 250ºC, bevorzugt im Bereich zwischen 140ºC und 160ºC, beispielsweise 150ºC, hergestellt wird.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgerfluid und der Innendruck in dem Wärmeübertragungs-Modul (2) auch so bestimmt sind, daß im Betrieb in dem Verdampfer (3) eine Temperatur im Bereich zwischen 400ºC und 600ºC, bevorzugt im Bereich zwischen 450ºC und 550ºC, beispielsweise 500ºC, hergestellt wird.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (6) eine wärmegedämmte Umwälzleitung (8) für einen auf hoher Temperatur befindlichen Gasstrom aufweist, die außerhalb des zu heizenden Raumes (1) angeordnet ist, und in der der Verdampfer (3) im Wärmeaustausch mit dem Gasstrom angeordnet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner (9), beispielsweise für ein Brenngas, an einem Ende der Umwälzleitung (8) stromaufwärts des Verdampfers (3) angeordnet ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (3) einerseits zumindest ein an einem Ende (12a) geschlossenes Rohr (12), das quer, beispielsweise vertikal, in der Umwälzleitung (8) für den auf hoher Temperatur befindlichen Gasstrom angeordnet ist, und andererseits eine Mehrzahl von Rippen (13) aufweist, die senkrecht zur Achse des geschlossenen Rohres (12) angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von passiven Wärmeübertragungs-Modulen (2) aufweist, die entlang einer Dimension des Gebäudes, beispielsweise entlang seiner Länge, verteilt sind, wobei die Verdampfer (3) der verschiedenen Module jeweils in derselben Umwälzleitung (8) für den auf hoher Temperatur befindlichen Gasstrom außerhalb des Gebäudes (1) angeordnet und verteilt sind, wobei die Kondensatoren (41, 42, 43) und die Heizungsmittel (71, 72, 73) in dem zu heizenden Raum (1) in dessen oberen Bereich angeordnet sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das passive Wärmeübertragungs-Modul (2) an einem Ende einen Verdampfer (3) und am anderen Ende eine Mehrzahl von Kondensatoren (41, 42, 43)/abstrahlenden Strukturen (71, 72, 73) aufweist, die über einen Verteiler (13) mit dem adiabatischen Kreislauf (5) verbunden sind.

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein geschlossenes Volumen des Wärmeübertragungs-Moduls von maximal gleich 25 Litern der Durchlaufquerschnitt des adiabatischen Kreislaufs (5) im Bereich zwischen 3 und 4 cm liegt.

10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Wärmeübertragungs-Moduls (2) vom Verdampfer (3) bis zum Kondensator (41, 42, 43) kleiner oder gleich 15 m ist.