Elektrische Heizung für fluidbeheizte Wärmeverbraucher

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizung für fluidbeheizte Wärmeverbraucher mit einem Fluid-Vorratsgefäß zur Aufnahme eines Fluids sowie einer Verrohrung des Fluid-Vorratsgefäßes mit einer fluidbeheizten Dampfkammer sowie einem Temperatursensor und beziehungsweise oder Drucksensor sowie einem mit dem Fluid in Kontakt stehenden elektrischen Heizelement.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben sowie eine Verwendung einer derartigen elektrischen Heizung.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art zum Heizen von fluidbeheizte Wärmeverbrauchern, wie beispielwiese Vulkanisationsanlagen, sind bekannt. Diese Vulkanisationsanlagen haben einen zentralen Heizkessel zur Erzeugung von Dampf, der mit einer Verrohrung mit typischerweise einer Vielzahl von Vulkanisationsanlagen verbunden ist. Es hat sich als Nachteilhaft herausgestellt einen Heizkessel für eine Vielzahl von fluidbeheizte Wärmeverbrauchern zu verwenden oder auch nur einen Heizkessel für mehrere Heizkammern eines fluidbeheizten Wärmeverbrauchers, da dies bei der Verrohrung einen hohen Aufwand verursacht. Weiterhin sind die Verrohrungen zu warten, wobei flexible Verrohrungen einen erhöhten Wartungsaufwand haben. Die Verrohrungen beanspruchen einen erheblichen Bauraum und schränken daher die Konstruktion der fluidbeheizten Wärmeverbraucher ein. Des Weiteren führen die Verrohrungen im Betrieb durch ihre Wärmeabgabe zu Energieverlusten und somit zu einer Verringerung der Effizienz.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen fluidbeheizten Wärmeverbraucher und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Aufwand bei der Verrohrung und Wartung der Verrohrung verringert wird, wobei durch die Verrohrung weniger Bauraum beansprucht wird und die Energieverluste durch die Verrohrung verringert werden. Diese Aufgaben werden gelöst mit einer elektrischen Heizung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren zum Betreiben und einer Verwendung der elektrischen Heizung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also eine elektrische Heizung für einen fluidbeheizten Wärmeverbraucher vorgesehen, wobei die elektrische Heizung ein Fluid-Vorratsgefäß zur Aufnahme eines Fluids sowie eine Verrohrung des Fluid-Vorratsgefäßes mit einer fluidbeheizten Dampfkammer der elektrischen Heizung aufweist.

Die elektrische Heizung weist einen Temperatursensor und beziehungsweise oder einen Drucksensor sowie ein elektrisches Heizelement auf, das mit dem Fluid in Kontakt steht. Unter in Kontakt stehen ist ein thermisches in Kontakt stehen zu verstehen, so dass das elektrische Heizelement einen effizienten Wärmeübertrag auf das Fluid haben kann. Das Fluid-Vorratsgefäß sowie der Temperatursensor und beziehungsweise oder der Drucksensor und das elektrische Heizelement sind an und beziehungsweise oder in der fluidbeheizten Dampfkammer angebracht.

Das Anbringen des Fluid-Vorratsgefäßes sowie des Temperatursensors und beziehungsweise oder des Drucksensors und des elektrischen Heizelements an der fluidbeheizten Dampfkammer ermöglicht kürzere Verrohrungen und verringert dadurch den Verrohrungs- sowie Wartungsaufwand sowie den für die Verrohrung benötigten Bauraum. Dadurch, dass kürzere Verrohrungen ermöglicht werden, ist es möglich die Wärmeabgabe über die Verrohrung zu verringern und die Effizienz der elektrischen Heizung zu erhöhen.

Unter dem Anbringen des Fluid-Vorratsgefäßes sowie des Temperatursensors und beziehungsweise oder des Drucksensors und des elektrischen Heizelements in der fluidbeheizten Dampfkammer, wird verstanden, dass das Material der fluidbeheizten Dampfkammer die anderen Komponenten zumindest teilweise umschließt. Insbesondere können das Fluid-Vorratsgefäß und die Verrohrungen durch Aussparungen in der fluidbeheizten Dampfkammer ausgebildet werden. Das Fluid-Vorratsgefäß und die Verrohrungen sind somit zumindest teilweise in der fluidbeheizten Dampfkammer integriert. Bevorzugt können das Fluid-Vorratsgefäß sowie die Verrohrung als zusätzlich ausgebildete Komponenten entfallen.

Unter dem Anbringen des Fluid-Vorratsgefäßes sowie des Temperatursensors und beziehungsweise oder des Drucksensors und des elektrischen Heizelements an der fluidbeheizten Dampfkammer wird verstanden, dass diese mittelbar oder unmittelbar an der fluidbeheizten Dampfkammer angebracht wird oder aber in dessen unmittelbaren Nähe, also in einem Abstand von weniger als 5 Meter insbesondere jedoch in einem Abstand von weniger als 3 Meter und bevorzugt in einem Abstand von weniger als 1 Meter.

Die Dampfkammer wird bevorzugt mit einem dampfförmigen Fluid beheizt, die Dampfkammer kann aber auch mit einem Fluid in flüssiger Form beheizt werden.

Vorteilhaft gegenüber bekannten Heizungen mit einem fluidförmigen beheizten Wärmeverbraucher ist, dass die elektrische Heizung mitsamt dem fluidbeheizten Wärmeverbraucher ein System ausbildet, das aufgrund seiner Kompaktheit mit einer hohen Zuverlässigkeit dauerhaft zu einem hohen Grad hermetisch dicht ist. Einmal befüllt und eingestellt oder kalibriert ist ein dauerhaft weitgehend wartungsfreier Betrieb möglich. Vorrichtungen zum automatischen Nachfüllen von Fluiden und Filtereinrichtungen zum Reinigen der Fluide, wie sie bei bekannten Systemen erforderlich sind, können entfallen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Verrohrung für Montagezwecke einen flexiblen Bereich aufweist, wobei die anderen Bereiche der Verrohrung starr sind. Durch den flexiblen Bereich der Verrohrung wird die Verwendung einer elektrischen Heizung bespielweise an unterschiedlich dimensionierten Wärmeverbrauchern in einfacher Form möglich, wodurch eine Flexibilität in der Produktion ermöglicht wird. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Fluid-Vorratsgefäß sowie der Temperatursensor und/oder Drucksensor und das elektrische Heizelement unbeweglich zu der fluidbeheizten Dampfkammer angebracht sind. Durch die unbewegliche Anbringung können flexible Verrohrungen entfallen. Diese sind bei bekannten Heizungen notwendig, um eine Verfahrbarkeit der fluidbeheizten Dampfkammer zu ermöglichen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Heizung zeitgleich zur Beheizung von genau einer fluidbeheizten Dampfkammer geeignet und beziehungsweise oder verwendbar ist. Dadurch, dass eine elektrische Heizung nur für die Beheizung genau einer fluidbeheizten Dampfkammer vorgesehen ist, kann die Verrohrung an fluidbeheizten Wärmeverbrauchern weiter verkürzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Heizung eine Ventilschaltung bestehend aus mehreren Ventilen aufweist, deren Betätigung eine Förderung des Fluids durch die fluidbeheizte Dampfkammer mittels Dampfdrucks ermöglicht. Durch eine derartige Ventilschaltung kann ein Fördermittel zur Beförderung des Fluids entfallen, wodurch Kosten und Bauraum eingespart werden und die Energieeffizienz der elektrischen Heizung erhöht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der fluidbeheizte Wärmeverbraucher für Anlagen zur Herstellung von technischen Gummiprodukten geeignet ist, insbesondere zur Verwendung an Kalanderanlagen und beziehungsweise oder Vulkanisationsanlagen, bevorzugt Durchlauföfen oder Heizpressen. Technische Gummiprodukte wie beispielweise Reifen, Riemen, Luftfeder oder Förderbänder werden häufig in großer Stückzahl und daher mit einer Vielzahl von Vorrichtungen gefertigt, so dass eine Effizienzsteigerung bei derartigen Anlagen einen besonders großen Effekt zeigt.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein viertes schaltbares Ventil an einer Ableitung von der Fluid beheizten Form und ein fünftes schaltbares Ventil an einer Flüssigphasenleitung von dem Kondensatgefäß zu dem Fluid-Vorratsgefäß und ein zweites schaltbares Ventil an einer Dampfphasenleitung zwischen dem Fluid-Vorratsgefäße und dem Kondensatgefäß aufweist. Diese Ventilschaltung ermöglicht in einfacher Form, dass in einer ersten Schaltungsposition der Ventile ein Dampfstrom in die fluidbeheizte Dampfkammer sowie ein Kondensatstrom in das Kondensatgefäß ermöglicht wird, wobei in einer zweiten Schaltungsposition der Ventile ein schwerkraftgetriebenes Rückströmen des Kondensats vom Kondensatgefäß in das Fluid-Vorratsgefäß ermöglicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Heizung eine Pumpe zur Förderung des Fluids aufweist. Hierdurch kann beispielweise das Zurückführen des Kondensats in das Fluid-Vorratsgefäß beschleunigt werden und die Anordnung des Fluid-Vorratsgefäß freier zur Anordnung des Kondensatgefäßes gewählt werden. Weiterhin kann die Ventilschaltung vereinfacht ausgeführt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Fluid Wasser aufweist oder daraus besteht oder ein Wärmeträgeröl ist. Wasser als Fluid hat sich hinsichtlich der Beschaffung und Entsorgung als vorteilhaft erwiesen und weist darüber hinaus eine hohe Verdampfungsenthalpie auf. Wärmeträgeröle haben sich hinsichtlich ihrer gering ausgeprägten Eigenschaft zu Oxidation bei Metallen zu führen und der Möglichkeit auch bei höheren Temperaturen bei geringen Drücken betreibbar zu sein als vorteilhaft erwiesen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Heizung ein Entlüftungsventil und beziehungsweise oder ein Sicherheitsventil aufweist. Eine einfache Entlüftung der elektrischen Heizung und eine einfache Inbetriebnahme sowie ein sicherer Betrieb der elektrischen Heizung wird ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Fluid-Vorratsgefäß sowie die Verrohrung Teilbereiche eines Wärmerohres sind. Eine Ausführung des Fluid-Vorratsgefäßes sowie der Verrohrung als Bereiche eines Wärmerohres ermöglicht eine einfache Realisierung der elektrischen Heizung, da der Dampf durch den Dampfdruck angetrieben wird und das Kondensat Schwerkraftgetrieben und beziehungsweise oder durch Kapillarkräfte zurück zum elektrischen Heizelement gefördert wird. Ventile sowie eine Pumpe können entfallen. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen elektrischen Heizung eines fluidbeheizten Wärmeverbrauchers vorgesehen, wobei die Messwerte eines Temperatursensors und beziehungsweise oder eines Drucksensors mit Sollwerten verglichen werden und die Heizleistung eines elektrischen Heizelements zum Annähern des Messwertes an den Sollwert angepasst wird. Ein einfaches sowie effizientes Verfahren zum Betreiben eines fluidbeheizten Wärmeverbrauchers wird ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Kondensat mit einer Pumpe in ein Dampferzeugungsgefäß gefördert wird. Ein hohe und stetige Förderrate des Kondensats wird ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Kondensat durch Dampfdruck in einem ersten Schritt in ein Kondensatgefäß und in einem zweiten Schritt in ein Fluid-Vorratsgefäß, durch Betätigen von Ventilen, gefördert wird. Das Verfahren kann hierdurch ohne eine aktive Förderung des Fluids betrieben werden und ist hierdurch besonders effizient.

Erfindungsgemäß ist eine Verwendung einer erfinderischen elektrischen Heizung zum Beheizen eines fluidbeheizten Wärmeverbrauchers, insbesondere einer Vulkanisationsanlage, weiter insbesondere einer Heizpresse oder einem Durchlaufofen, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigen in

Fig. 1 eine elektrische Heizung für einen fluidbeheizten Wärmeverbraucher mit einem Fluid-Vorratsgefäß bei der Dampferzeugung; Fig. 2 eine elektrische Heizung für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß bei der Kondensatrückgewinnung;

Fig. 3 eine elektrische Heizung für einen fluidbeheizten Wärmeverbraucher mit einem Fluid-Vorratsgefäß und einer Pumpe.

Figur 1 zeigt eine elektrische Heizung 1 für einen fluidbeheizten Wärmeverbraucher 2 in Form einer Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 bei der Dampferzeugung. Die elektrische Heizung 1 ist mit dem Fluid-Vorratsgefäß 3, das ein elektrisches Heizelement 19 aufweist, über starre Verrohrungen 4 mit einer fluidbeheizten Dampfkammer 5 in Form eines Konusring Containers der Reifen-Heizpresse verbunden. Es ist lediglich ein flexibler Bereich 6 der Verrohrung 4 zur Montage der elektrischen Heizung 1 an unterschiedlich dimensionierten fluidbeheizte Dampfkammern 5 im Konusring Container vorgesehen.

Der Konusring Container weist eine Aussparung 7 auf, zur Aufnahme des durch die elektrische Heizung 1 erzeugten Wasserdampfs, der ihm mit der Verrohrung 4 zugeführt wird. In der Aussparung 7 gibt der Wasserdampf Wärme an den Konusring Container ab, kondensiert und sammelt sich im unteren Bereich der Aussparung 7. Der weitere Wasserdampfstrom befördert das entstandene Kondensat entgegen der Schwerkraft g durch die Verrohrung 4 in ein Kondensatgefäß 8, das hinsichtlich der Schwerkraft g oberhalb des Fluid-Vorratsgefäßes 3 angeordnet ist.

Das Kondensatgefäß 8 ist über ein 3/2-Wege Ventil 9 mit einem Sicherheitsventil 10, einem Entlüftungsventil 11 und einem sperrenden ersten schaltbarem Ventil 12 für Wartungszwecke verbunden.

Über ein sperrend geschaltetes zweites schaltbares Ventil 13 und zusammen mit der Verrohrung 4 ist das Kondensatgefäß 8 für die Leitung von Dampf mit dem Fluid-Vorratsgefäß 3 verbunden. Ein leitend geschaltetes drittes schaltbares Ventil 14 ist zwischen dem Fluid-Vorratsgefäß 3 und dem Konusring Container angeordnet. Das schaltbare Ventil 14 dient dazu, dass im geschlossenen Zustand des Ventils zum Beispiel ein Temperatursensor 17 im eingebauten Zustand im Fluid-Vorratsgefäß 3 kalibrieren zu können. Weiterhin ist auch ein Schließen des schaltbaren Ventils 14 im Betrieb möglich, um kurzzeitig einen etwas höheren Druck im Dampferzeuger anzufahren. Weiterhin ist ein leitend geschaltetes viertes schaltbares Ventil 15 zwischen dem Konusring Container und dem Kondensatgefäß 8 und ein sperrend geschaltetes fünftes schaltbares Ventil 16 zwischen dem Kondensatgefäß 8 und dem Fluid-Vorratsgefäß 3, zur Rückführung des Wassers in das Fluid-Vorratsgefäß 3, angeordnet.

In diesen Schaltpositionen der schaltbaren Ventile 13, 14, 15, 16 wird der in dem Fluid-Vorratsgefäß 3 erzeugte Wasserdampf, dessen Temperatur mit dem Temperatursensor 17 gemessen wird, durch den Dampfdruck in die Aussparung 7 und von dort aus als Kondensat in das Kondensatgefäß 8 gefördert.

Wurde eine ausreichende Menge Kondensat in das Kondensatgefäß 8 gefördert, wird das vierte schaltbare Ventil 15 geschlossen und das zweite schaltbare Ventil 13 und das fünfte schaltbare Ventil 16 geöffnet. Es wird dem Kondensatgefäß 8 kein weiteres Kondensat zugeführt. Das Kondensat wird durch die Schwerkraft g vom Kondensatgefäß 8 in das Fluid-Vorratsgefäß 3 gefördert. In Figur 2 ist die elektrische Heizung 1 der Figur 1 für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 bei der Kondensatrückgewinnung mit dieser Schaltung der schaltbaren Ventile 13, 14, 15, 16 dargestellt.

Ist das Wasser in das Fluid-Vorratsgefäß 3 zurückgefördert worden, wird die in der Figur 1 dargestellte Schaltung der schaltbaren Ventile 13, 14, 15, 16 vorgenommen und das Verfahren beginnt von vorne.

In Figur 3 ist eine elektrische Heizung 1 für eine fluidbeheizten Wärmeverbraucher 2 in Form einer Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 und einer Pumpe 18 dargestellt. Die Reifen-Heizpresse entspricht der der Figur 1 . Die elektrische Heizung 1 ist eine zu Figur 1 alternative Ausführungsform, die jedoch mit der Ausführungsform der Figur 1 kombinierbar ist, beispielweise indem zwischen der Aussparung 7 und dem Kondensatgefäß 8 die Pumpe 18 angeordnet wird. Die elektrische Heizung 1 weist das Fluid-Vorratsgefäß 3 mit dem Temperatursensor 17 sowie über das 3/2-Wege Ventil 9 angebunden ein Sicherheitsventil 10, ein Entlüftungsventil 11 und ein erstes schaltbares Ventil 12 auf. Die Verrohrung 4 ist starr ausgeführt und weist lediglich einen flexiblen Bereich 6 zur Montage an verschiede Konusring Container auf. Die Pumpe 18 zur Förderung des Kondensats ist zwischen dem Konusring Container und dem Fluid-Vorratsgefäß 3 angeordnet.

Befindet sich die elektrische Heizung 1 im Betrieb wird Wasserdampf durch seinen Druck vom Fluid-Vorratsgefäß 3 in die Aussparung 7 gefördert. Dort kondensiert der Wasserdampf zu Kondensat, das mit der Pumpe 18 in das Fluid-Vorratsgefäß 3 gefördert wird.

Bezugszeichenliste

1 elektrische Heizung

2 fluidbeheizter Wärmeverbraucher

3 Fluid-Vorratsgefäß

4 Verrohrung

5 fluidbeheizte Dampfkammer

6 flexibler Bereich

7 Aussparung

8 Kondensatgefäß

9 3/2-Wege Ventil 0 Sicherheitsventil 1 Entlüftungsventil 2 erstes schaltbares Ventil 3 zweites schaltbares Ventil 4 drittes schaltbares Ventil 5 viertes schaltbares Ventil 6 fünftes schaltbares Ventil 7 Temperatursensor 8 Pumpe 9 elektrisches Heizelement g Schwerkraft