CH618005A5 - Method for charging a thermal treatment device with a medium, and ductwork for carrying it out - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein1 Verfahren zur Beschickung einer thermischen Behandlungsvorrichtung mit einem Medium, bei dem das Medium in im wesentlichen geschlossenem Kreislauf über einen Einlass-Strömungsweg von dem Auslass des Primärströmungsweges eines Wärmeaustauschers zum Einlass der Behandlungsvorrichtung, und über einen Auslass-Strömungsweg von dem Auslass der Behandlungsvorrichtung zum Einlass des Primärströmungsweges des genannten Wärmeaustauschers geführt wird. The present invention relates to a method for charging a thermal treatment device with a medium, in which the medium is in a substantially closed circuit via an inlet flow path from the outlet of the primary flow path of a heat exchanger to the inlet of the treatment device, and via an outlet flow path from the outlet the treatment device is led to the inlet of the primary flow path of said heat exchanger.
Die Erfindung betrifft ferner ein Leitungssystem zur Durchführung des vorstehend bezeichneten Verfahrens. The invention further relates to a line system for performing the method described above.
Bei den bekannten Wärmeaustauschanlagen sind die genannten Einlass- und Auslass-Strömungswege als getrennte Einlass- bzw. Auslassleitungen ausgebildet, wobei es zwecks Vermeidung von Energieverlusten erforderlich ist, jeder dieser Leitungen mit einer eigenen Isolierschicht zu versehen, die dazu bestimmt ist, einen unerwünschten Wärmeaustausch zwischen dem in den Leitungen fliessenden Wärmeträgermedium und der Umgebung — z. B. der Atmosphäre — zu verhindern. Folglich ist das Leitungssystem einer solchen bekannten Anlage in der Herstellung verhältnismässig aufwendig; ferner beansprucht es einen erheblichen Raum. In the known heat exchange systems, the inlet and outlet flow paths mentioned are designed as separate inlet and outlet lines, in order to avoid energy losses, it is necessary to provide each of these lines with its own insulating layer, which is intended to prevent undesired heat exchange between the heat transfer medium flowing in the pipes and the environment - e.g. B. the atmosphere - to prevent. Consequently, the line system of such a known system is relatively expensive to manufacture; it also occupies a considerable space.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der Beschickung einer thermischen Behandlungsvorrichtung mit einem Medium zu schaffen, das es ermöglicht, wenigstens eine der genannten Isolierschichten einzusparen, ohne dass sich hieraus Wärmeverluste ergeben, wobei ferner eine günstigere Ausbeutung der Wärmeenergie innerhalb der gesamten Vorrichtung erzielt werden soll. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Leitungssystems zur Durchführung dieses Verfahrens. The object of the present invention is to provide a method for feeding a thermal treatment device with a medium, which makes it possible to save at least one of the insulating layers mentioned, without resulting in heat losses, and moreover achieving a more favorable exploitation of the thermal energy within the entire device shall be. Another object of the invention is to provide a piping system for performing this method.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, According to the invention, this object is achieved by
dass das den Auslass-Strömungsweg durchströmende Medium derart im Gegenstrom zu dem den Einlass-Strömungsweg durchströmenden Medium geleitet wird, dass es von dem Einlass-Strömungsweg durchströmenden Medium umgeben ist. that the medium flowing through the outlet flow path is directed in countercurrent to the medium flowing through the inlet flow path such that it is surrounded by the medium flowing through the inlet flow path.
Das erfindungsgemässe Leitungssystem zur Durchführung des vorstehend definierten Verfahrens ist derart ausgestaltet, dass es zwei koaxial ineinander angeordnete Leitungen aufweist, wobei die innere dieser beiden Leitungen eine den Auslass-Strömungsweg bildende Rohrleitung ist, während der Einlass-Strömungsweg durch den die äussere Leitung definierenden, wesentlich ringförmigen Raum zwischen der Aussen-wandung dieser Rohrleitung und der Innenwandung eines die letztere mit radialem Abstand umgebenden äusseren Rohres gebildet ist. The line system according to the invention for carrying out the method defined above is designed in such a way that it has two lines arranged coaxially one inside the other, the inner of these two lines being a pipe line forming the outlet flow path, while the inlet flow path through the line defining the outer line is essential annular space is formed between the outer wall of this pipe and the inner wall of an outer pipe surrounding the latter at a radial distance.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine wahlweise regulierte Teilmenge des am Ende des Auslass-Strömungsweges anfallenden Mediums zwecks direkter Zurückführung in den Einlass-Strömungsweg stromaufwärts vom Wärmeaustauscher abgezweigt. In a particularly advantageous embodiment of the invention, an optionally regulated partial quantity of the medium obtained at the end of the outlet flow path is branched upstream from the heat exchanger for the purpose of direct return to the inlet flow path.
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren des näheren beschrieben. Embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying figures.
Fig. 1 ist ein Schema einer eine Sonnenenergie-Kollektor-Anlage büdende thermische Behandlungsvorrichtung; 1 is a schematic of a thermal treatment device incorporating a solar energy collector system;
Fig. 2 zeigt ein Verbindungsstück für das aus mehreren Abschnitten bestehende Leitungssystem der Anlage gemäss Fig. 2 shows a connector for the system consisting of several sections of the system according to
Hg-1; Hg-1;
Fig. 3 ist ein Querschnitt der koaxialen Einlass- und Auslassleitungen, längs der Schnittlinie III—III der Fig. 2; Fig. 3 is a cross section of the coaxial inlet and outlet lines taken along section line III-III of Fig. 2;
Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung, teilweise im Schnitt wesentlich längs der Schnittlinie IV—IV der Fig. 3. 4 is a perspective view, partly in section substantially along the section line IV-IV of FIG. 3.
Fig. 5 zeigt im Querschnitt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Leitungssystems; 5 shows in cross section a further embodiment of the line system according to the invention;
Fig. 6 zeigt im Längsschnitt eines der Endstücke zum An-schluss der Einlass- und Auslassenden der koaxialen Leitungen. 6 shows a longitudinal section of one of the end pieces for connecting the inlet and outlet ends of the coaxial lines.
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
618 005 618 005
Der in Fig. 1 dargestellte Sonnenenergiekollektor 1 wird von einem Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, durchströmt, das am Einlass 2 in den Kollektor eintritt und denselben am Auslass 3 verlässt. Das Wasser wird durch eine Förderpumpe 4 durch ein aus zwei koaxialen Rohrleitungen 5 bestehendes Leitungssystem durch das äussere Rohr 6 zum Kollektor 1 gefördert. Das äussere Rohr 6 ist vermittels eines nachstehend beschriebenen Verbindungsstückes 7 an den Einlass 2 des Kollektors angeschlossen, während das in bezug auf das äussere Rohr 6 koaxial angeordnete innere Rohr 8 über io das Verbindungsstück 7 und eine Zwischenleitung 9 an den Auslass 3 des Kollektors angeschlossen ist. The solar energy collector 1 shown in FIG. 1 is flowed through by a heat transfer medium, in particular water, which enters the collector at inlet 2 and leaves it at outlet 3. The water is conveyed by a feed pump 4 through a pipe system consisting of two coaxial pipes 5 through the outer pipe 6 to the collector 1. The outer tube 6 is connected by means of a connector 7 described below to the inlet 2 of the collector, while the inner tube 8, which is coaxially arranged with respect to the outer tube 6, is connected via io the connector 7 and an intermediate line 9 to the outlet 3 of the collector .
An dem dem Verbindungsstück 7 entgegengesetzten Ende des Leitungssystems 5 ist das letztere über ein anderes Verbindungsstück 10 einerseits an den Auslass 4a der Förder- 15 pumpe 4 und andererseits an den Einlass IIa eines Dreiwegventils 11 angeschlossen, wobei die Aussenleitung 6 mit dem Pumpenauslass 4a und die Innenleitung 8 mit dem Ventil-auslass IIa verbunden ist. Ein erster Auslass IIb des Dreiwegventils 11 ist mit dem Einlass 12a eines Primärstromwegs 20 12 eines Wärmeaustauschers 15 verbunden, während der Auslass 12b dieses Primärstromwegs 12 einerseits mit dem zweiten Auslass 11c des Dreiwegventils 11 und andererseits mit dem Einlass 4b der Pumpe 4 verbunden ist. At the end of the pipe system 5 opposite the connector 7, the latter is connected via another connector 10 on the one hand to the outlet 4a of the feed pump 4 and on the other hand to the inlet IIa of a three-way valve 11, the outer pipe 6 with the pump outlet 4a and Inner line 8 is connected to the valve outlet IIa. A first outlet IIb of the three-way valve 11 is connected to the inlet 12a of a primary flow path 20 12 of a heat exchanger 15, while the outlet 12b of this primary flow path 12 is connected on the one hand to the second outlet 11c of the three-way valve 11 and on the other hand to the inlet 4b of the pump 4.
Der Wärmeaustauscher 15 weist ferner einen Sekundär- 25 stromweg 14 aus, der über Leitungen 14a, 14b in bekannter Weise an einen Verbraucherkreislauf angeschlossen ist, sowie einen Wärmespeicher, der schematisch dargestellt und durch die Bezugsnummer 13 bezeichnet ist. The heat exchanger 15 also has a secondary flow path 14, which is connected to a consumer circuit in a known manner via lines 14a, 14b, and a heat store, which is shown schematically and is designated by reference number 13.
Das durch die Pumpe geförderte Wasser durchströmt die 30 Aussenleitung 6, um über das Verbindungsstück 7 in den Sonnenenergiekollektor 1 zu gelangen, wo es unter dem Ein-fluss der Sonnenstrahlung aufgewärmt wird. Das aufgewärmte Wasser verlässt den Kollektor durch den Auslass 3, um über die Zwischenleitung 9 und das Verbindungsstück 7 in 35 die innere Leitung 8 des Leitungssystems zu strömen und somit zum Einlass IIa des Dreiwegventils 11 zu gelangen. Je nach der Intensität der Sonnenstrahlung, d. h. je nach dem Temperaturunterschied zwischen dem in den Kollektor 1 bei 2 eintretenden Wasser und dem aus dem Kollektor 1 bei 3 40 austretenden Wasser teilt das gegebenenfalls automatisch regulierende Ventil 11 die beim Ventileinlass IIa anfallende Wassermenge in Teilmengen auf, von denen die eine den Primärstromweg 12 des Wärmeaustauschers 15 durchströmt, um wieder zum Pumpeneinlass 4b zu gelangen und 45 erneut durch die äussere Leitung 6 zum Kollektor 1 gefördert zu werden, während die andere Teilmenge über den Ventilauslass 11c direkt zum Pumpeneinlass 4b geleitet wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass es dank dieser Anordnung möglich ist, durch eine geeignete Regulierung des Ven- 50 tils 11 selbst bei verhältnismässig schwacher Sonnenstrahlung durch verstärkte Zirkulation des Wassers in dem Kreislauf zwischen dem Kollektor 1, dem Ventil 11 und der Pumpe 4 die Temperatur des aus dem Kollektor 1 austretenden Wassers auf den höchstmöglichen Wert «aufzuschau- 55 kein» und somit in dem Primärstromweg 12 des Wärmeaustauschers eine optimale Temperatur zu erreichen, d. h. die Energieausbeute des gesamten Systems stets auf einem optimalen Wert zu halten. The water conveyed by the pump flows through the outer line 6 in order to reach the solar energy collector 1 via the connecting piece 7, where it is heated up under the influence of the solar radiation. The warmed-up water leaves the collector through the outlet 3 in order to flow via the intermediate line 9 and the connecting piece 7 in FIG. 35 to the inner line 8 of the line system and thus to the inlet IIa of the three-way valve 11. Depending on the intensity of solar radiation, i.e. H. Depending on the temperature difference between the water entering the collector 1 at 2 and the water exiting the collector 1 at 3 40, the optionally automatically regulating valve 11 divides the water quantity occurring at the valve inlet IIa into partial quantities, one of which divides the primary flow path 12 of the Flows through heat exchanger 15 to get back to the pump inlet 4b and 45 to be conveyed again through the outer line 6 to the collector 1, while the other portion is fed directly to the pump inlet 4b via the valve outlet 11c. It is readily apparent that, thanks to this arrangement, it is possible to regulate the valve 11 appropriately, even in the case of relatively weak solar radiation, by increasing the circulation of water in the circuit between the collector 1, the valve 11 and the pump 4 Temperature of the water emerging from the collector 1 to the highest possible value "to look up-55" and thus to achieve an optimal temperature in the primary flow path 12 of the heat exchanger, i. H. to keep the energy yield of the entire system at an optimal value.
Es ist ferner ersichtlich, dass dank der koaxialen An- 60 Ordnung der beiden Leitungen 6 und 8 einerseits der Raumbedarf des Leitungssystems auf ein Minimum herabgesetzt ist, und dass es dank dieser Anordnung höchstens einer einzigen (in Fig. 1 nicht dargestellten), das äussere Rohr umgebenden Wärmeisolierschicht bedarf, da es durch die inne- 65 re Leitung strömende, im Kollektor 1 erwärmte Wasser von der Umgebung bereits durch das die äussere Leitung 6 durchströmende Wasser isoliert ist. Weiterhin kann man bei geeigneter Einstellung des Dreiwegventils 4 den innerhalb des koaxialen Leitungssystems 5 zwischen dem dem Kollektor 1 zugeführten und dem aus dem Kollektor austretenden Wasser stattfindenden Wärmeaustausch zur Erhöhung der Energieausbeute der Sonnenenergie-Kollektoranlage ausnutzen. It can also be seen that, owing to the coaxial arrangement of the two lines 6 and 8, on the one hand the space requirement of the line system is reduced to a minimum, and that thanks to this arrangement at most one (not shown in FIG. 1), the exterior Heat insulating layer surrounding the pipe is required, since it is already isolated from the surroundings by the water flowing through the inner line and heated in the collector 1 by the water flowing through the outer line 6. Furthermore, with a suitable setting of the three-way valve 4, the heat exchange taking place within the coaxial line system 5 between the water supplied to the collector 1 and the water emerging from the collector can be used to increase the energy yield of the solar energy collector system.
Fig. 3 zeigt das koaxiale Leitungssystem 5 im Querschnitt. Man erkennt in dieser Figur die innere Leitung 8, die durch ein Innenrohr 80 gebildet ist, sowie die äussere Leitung 6, die zwischen der Aussenwandung des Innenrohres 80 und der Innenwandung eines Aussenrohres 60 gebildet ist. Die koaxialen Rohre 60 und 80 sind durch radiale Stege 15 miteinander verbunden. Fig. 3 shows the coaxial line system 5 in cross section. This figure shows the inner line 8, which is formed by an inner tube 80, and the outer line 6, which is formed between the outer wall of the inner tube 80 and the inner wall of an outer tube 60. The coaxial tubes 60 and 80 are connected to one another by radial webs 15.
Fig. 2 zeigt ein Verbindungsstück 16, das dazu dient, Fig. 2 shows a connector 16, which serves to
zwei benachbarte Abschnitte des Leitungssystems miteinander zu verbinden, wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, wo das Leitungssystem aus zwei Abschnitten besteht, die durch ein solches Verbindungsstück 16 miteinander verbunden sind. Das letztere weist eine Aussenmuffe 17 auf, die an ihren beiden Enden mit Innengewinden versehen und ferner durch radiale Stege mit einer koaxialen Innenmuffe 18 verbunden ist. In die beiden Innengewinde sind, wie aus der Figur ersichtlich, entsprechende Aussengewinde der Enden der beiden Aussenrohre 60 eingeschraubt, während die beiden Innenrohre 80 in kegelig abgeschrägte Endabschnitte der Innenmuffe 18 eingreifen. Die letzere ist kürzer als die Aussenmuffe 17; dementsprechend ragen die Enden der beiden Innenrohre 80 aus den Enden der zugehörigen Aussenrohre 60 heraus. Die Bezugsziffer 19 bezeichnet die Isolierschicht, mit der das Leitungssystem versehen ist; zwecks Vereinfachung der Zeichnung ist die Isolierschicht am unteren Leitungsabschnitt der in Fig. 2 gezeigten Verbindungsstelle nicht dargestellt. to connect two adjacent sections of the pipe system to one another, as shown schematically in FIG. 1, where the pipe system consists of two sections which are connected to one another by such a connecting piece 16. The latter has an outer sleeve 17 which is provided with internal threads at its two ends and is also connected to a coaxial inner sleeve 18 by radial webs. Corresponding external threads of the ends of the two outer tubes 60 are screwed into the two internal threads, as can be seen from the figure, while the two inner tubes 80 engage in tapered end sections of the inner sleeve 18. The latter is shorter than the outer sleeve 17; accordingly, the ends of the two inner tubes 80 protrude from the ends of the associated outer tubes 60. The reference number 19 designates the insulating layer with which the line system is provided; In order to simplify the drawing, the insulating layer on the lower line section of the connection point shown in FIG. 2 is not shown.
Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung, die gleichzeitig teilweise im Schnitt längs der gekrümmten Schnittlinie IV bis IV (Fig. 2) die Verbindungsstelle gemäss Fig. 2 zeigt. Man erkennt in dieser Figur die in Fig. 2 dargestellten Teile, die in Fig. 4 mit den jeweils gleichen Bezugsnummern versehen sind. Folglich zeigt die Fig. 4 ebenfalls die Isolierschicht 19, die beiden Aussenrohrabschnitte 60, einen der Innenrohrab-schnitte 80, der in die Innenmuffe 18 hineinragt, welch letzterer durch die Radialstege 15a mit der Aussenmuffe 17 verbunden ist; ferner zeigt die Fig. 4 die ebenfalls in Fig. 2 eingetragenen Pfeile 6a und 8a, die die Strömungsrichtung des Mediums veranschaulichen. Die Bezugsnummer bezeichnet einen der die Innenleitung 80 mit der Aussenleitung verbindenden Radialstege. FIG. 4 is a perspective illustration which at the same time shows the connection point according to FIG. 2, partly in section along the curved section line IV to IV (FIG. 2). One can see in this figure the parts shown in FIG. 2, which are given the same reference numbers in FIG. 4. 4 also shows the insulating layer 19, the two outer pipe sections 60, one of the inner pipe sections 80 which projects into the inner sleeve 18, the latter being connected to the outer sleeve 17 by the radial webs 15a; FIG. 4 also shows the arrows 6a and 8a, likewise entered in FIG. 2, which illustrate the direction of flow of the medium. The reference number designates one of the radial webs connecting the inner line 80 to the outer line.
Fig. 5 zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform des koaxialen Leitungssystems, bei der zwischen dem Innenrohr 8a und dem Aussenrohr 6a ein zu diesen Rohren koaxiales Zwischenrohr 20 derart angeordnet ist, dass zwischen dem letzteren und dem Innenrohr 8a ein ringförmiger Raum 21 gebildet wird, der das das Innenrohr 8a durchströmende Medium von dem das Aussenrohr 6a durchströmenden Medium thermisch isoliert. Das Innenrohr 8a ist mit dem Zwischenrohr 20 durch radiale Stege 15b verbunden, während das Zwischenrohr 20 durch weitere, in bezug auf die Stege 15b versetzt angeordnete radiale Stege 15a verbunden ist. Fig. 5 shows in cross section an embodiment of the coaxial line system, in which an intermediate pipe 20 coaxial to these pipes is arranged between the inner pipe 8a and the outer pipe 6a such that an annular space 21 is formed between the latter and the inner pipe 8a, which medium flowing through the inner tube 8a is thermally insulated from the medium flowing through the outer tube 6a. The inner tube 8a is connected to the intermediate tube 20 by radial webs 15b, while the intermediate tube 20 is connected by further radial webs 15a which are offset with respect to the webs 15b.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des Endstücks 10 (Fig.l), vermittels dessen die Innen- und Aussenrohre 80 und 60 an die Förderpumpe 4 und an das Dreiwegventil 11 angeschlossen sind. Dieses Endstück 10 weist eine mit einer Aussenmuffe 83 fest verbundene und in bezug auf dieselbe koaxial angeordnete Innenmuffe 81 mit einem axialen Innengewinde 82 auf, während die Aussenmuffe 83 ein ebenfalls mit einem Innengewinde 63 versehenes radiales Auslassendstück 61 besitzt. Das radiale Auslassendstück 61 ist über eine mit einem dem Innengewinde 63 entsprechenden Aussengewinde versehene Leitung an den Einlass 4a der Pumpe 4 FIG. 6 shows an embodiment of the end piece 10 (FIG. 1), by means of which the inner and outer pipes 80 and 60 are connected to the feed pump 4 and to the three-way valve 11. This end piece 10 has an inner sleeve 81, which is fixedly connected to an outer sleeve 83 and is arranged coaxially with respect to the same, with an axial internal thread 82, while the outer sleeve 83 has a radial outlet end piece 61 which is also provided with an inner thread 63. The radial outlet end piece 61 is connected to the inlet 4a of the pump 4 via a line provided with an external thread corresponding to the internal thread 63
618 005 618 005
4 4th
(Fig. 1) angeschlossen, und die Innenmuffe 81 ist über eine andere Leitung, die ein dem Innengewinde 82 entsprechendes Aussengewinde besitzt, an den Einlass IIa des Dreiwegventils 11 (Fig. 1) angeschlossen. Der Pfeil 6b gibt die Strömungsrichtung des aus der Aussenleitung 60 austretenden Mediums an, während der Pfeil 8b die Strömungsrichtung des die Innenleitung 80 durchströmenden Mediums versinnbildlicht. (Fig. 1), and the inner sleeve 81 is connected via another line, which has an external thread corresponding to the internal thread 82, to the inlet IIa of the three-way valve 11 (Fig. 1). The arrow 6b indicates the flow direction of the medium emerging from the outer line 60, while the arrow 8b symbolizes the flow direction of the medium flowing through the inner line 80.
Der Aufbau des zum Anschluss des koaxialen Leitungssystems 5 an den Kollektor 1 dienenden Endstückes 7 entspricht demjenigen des Endstückes 10. The structure of the end piece 7 used to connect the coaxial line system 5 to the collector 1 corresponds to that of the end piece 10.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung selbstverständlich auch auf Anlagen anwendbar ist, in denen ein Medium nicht erwärmt, sondern abgekühlt wird. It should be pointed out that the invention can of course also be applied to systems in which a medium is not heated but cooled.
M M
3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings
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Legal Events
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| PL | Patent ceased | ||
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