Elektrisch angetriebene Heizung für dampfbeheizte Verbraucher

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Heizung für dampfbeheizte Verbraucher mit einem Fluid-Vorratsgefäß zur Aufnahme eines Fluids sowie einer Verrohrung des Fluid-Vorratsgefäßes mit einer Fluid beheizten Form sowie einem Temperatursensor und beziehungsweise oder Drucksensor sowie einem mit dem Fluid in thermischer Wechselwirkung stehendem mittels elektrischer Energie betreibbarem Heizmittel.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen elektrisch angetriebenen Heizung.

Eine elektrisch angetriebene Heizung mit einer Fluid beheizten Form beispielweise zum Heizen von Reifen-Heizpressen sind bekannt. Diese haben einen zentralen Heizkessel zur Erzeugung von Dampf, der mit einer Verrohrung mit typischerweise einer Vielzahl von Reifen-Heizpressen verbunden ist. Es hat sich als nachteilig herausgestellt, einen Heizkessel für eine Vielzahl von dampfbeheizten Verbrauchern zu verwenden oder auch nur einen Heizkessel für mehrere Heizkammern beispielsweise einer Reifen-Heizpresse zu nutzen, 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 dampfbeheizten Verbraucher ein. Des Weiteren führen die Verrohrungen im Betrieb durch ihre Wärmeabgabe zu Energieverlusten und somit zu einer Verringerung der Effizienz.

Weiterhin sind dezentrale elektrisch angetriebene Heizungen bekannt, die jedoch nicht zur Beheizung einer Fluid beheizten Form vorgesehen sind, sondern zur Beheizung eines Balges einer Reifen-Heizpresse geeignet sind. Derartige Heizungen sind im Vergleich zur erfindungsgemäßen Heizung kostenintensiver in der Herstellung und wartungsintensiver im Betrieb. Bekannte Heizungen zur Beheizung eines Balges sind für einen zyklischen Betrieb auszulegen und müssen in einen drucklosen Zustand verfahren werden können, wobei sie für Drücke von etwa 25 bar ausgelegt sein müssen. Um diesen Druck zu erreichen, weisen die Heizungen eine druckerhöhende Komponente wie einen Kompressor auf. Balge unterliegen einem Verschleiß, so dass Balgbestandteile in das Fluid gelangen und die Heizung Filter aufweisen muss und zusätzlich für regelmäßige Wartungsarbeiten demontierbar ausgelegt sein muss.

Ein nicht mit Dampf beheizter Verbraucher, also beispielweise ein unmittelbar mit Strom beheizter Verbraucher, hat sich hinsichtlich der Wärmeverteilung als nachteilig erwiesen und ist in der Steuerung und Regelung, um den Wärmestrom einzustellen weitaus aufwendiger und fehleranfälliger. Weiterhin ist an einem derartigen Verbraucher nachteilig, dass bei einem Nachrüsten bei bestehenden Verbrauchern deutlich aufwendigere Anpassungen notwendig sind. Bekannte Verfahren müssten erneut ermittelt und freigegeben werden, was in eine erneute Bemusterung durch den Kunden erforderlich machen kann.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen wenig Bauraum beanspruchenden dampfbeheizten Verbraucher und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Aufwand bei der Herstellung und Wartung der elektrisch angetriebenen Heizung verringert wird, wobei durch eine Verrohrung weniger Bauraum beansprucht und der Energieverbrauch bei einer Verwendung verringert werden soll.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren zum Betreiben der elektrisch angetriebenen Heizung gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren zum Betreiben der elektrisch angetriebenen Heizung gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist also eine elektrisch angetriebene Heizung für dampfbeheizte Verbraucher vorgesehen, aufweisend ein Fluid-Vorratsgefäß zur Aufnahme eines Fluids, eine Fluid beheizte Form sowie eine Verrohrung des Fluid-Vorratsgefäßes mit der Fluid beheizten Form sowie einem Temperatursensor und beziehungsweise oder Drucksensor sowie einem mit dem Fluid in thermischer Wechselwirkung stehendem mittels elektrischer Energie betreibbarem Heizmittel, wobei das Fluid-Vorratsgefäß sowie der Temperatursensor und beziehungsweise oder Drucksensor und das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel in unmittelbarer Nähe der Fluid beheizten Form angebracht sind.

Das Anbringen der elektrischen Heizung an der Fluid beheizten Form 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 elektrisch angetriebenen Heizung zu erhöhen.

Eine Fluid beheizte Form ist eine starre Form, beispielsweise aus einem Metall hergestellt. Eine starre Form hat gegenüber einer nachgiebigen Form wie zum Beispiel einem Balg den Vorteil, dass die Form dauerhaft mit einem Überdruck beaufschlagt sein kann, so dass eine besonders kostengünstig und kompakt realisierbare elektrisch angetriebene Heizung ermöglicht wird. Weiterhin unterliegt eine starre Form unter Druckbeaufschlagung, insbesondere bei Druckschwankungen, einem geringeren Verschleiß als eine nachgiebige Form.

Unter in thermischer Wechselwirkung stehen wird verstanden, dass in hoher und effizienter Weise ein Wärmeübertrag erfolgen kann. Dazu kann das mit elektrischer Energie betreibbare Heizmittel unmittelbar mit dem Fluid in Kontakt stehen oder aber thermisch an das Fluid angebunden sein, beispielweise durch einen Wärmeübertrager oder eine leitende Verbindung.

Unter in unmittelbarer Nähe der Fluid beheizten Form angebracht sein wird verstanden, dass das Fluid-Vorratsgefäß, der Temperatursensor oder Drucksensor und das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel an der Fluid beheizten Form angebracht ist oder zumindest nicht mehr als 10 Meter, bevorzugt nicht mehr als 5 Meter von der Form beabstandet ist.

Insbesondere für bestehende dampfbeheizte Verbraucher ist es weiterhin vorteilhaft keine veränderten Bedingungen zu schaffen, da andererseits Verfahren für bestehende Produkte erneut ermittelt und gegebenenfalls freigegeben werden müssten.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der dampfbeheizte Verbraucher eine Reifen-Heizpresse ist, insbesondere Profilsegmente und beziehungsweise oder eine obere Heizplatte und beziehungsweise oder eine untere Heizplatte der Reifen-Heizpresse. Insbesondere für Reifen-Heizpressen ist eine erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Heizung vorteilhaft, da Reifen-Heizpressen regelmäßig in großer Anzahl nebeneinander angeordnet sind und dadurch eine aufwändige sowie weitläufige Verrohrung notwendig ist.

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 elektrisch angetriebene Heizung bespielweise an unterschiedlich dimensionierten Konusring Containern in einfacher Form möglich, wodurch eine Flexibilität in der Produktion ermöglicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene Heizung unbeweglich zu der Fluid beheizten Form angebracht ist. Durch die unbewegliche Anbringung können flexible Verrohrungen entfallen. Diese sind bei bekannten elektrisch angetriebenen Heizungen notwendig, um eine Verfahrbarkeit der Fluid beheizten Formen zu ermöglichen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das mittels elektrischer Energie betreibbare Heizmittel eine Heizwendel und beziehungsweise oder ein Induktionsgenerator, der bevorzugt eine Wandung des Fluid-Vorratsgefäß induktiv erwärmt und beziehungsweise oder eine Kraftwärmemaschine, insbesondere eine Wärmepumpe ist. Die Verwendung einer Heizwendel ermöglicht eine besonders kostengünstige Realisierung eines elektrisch betreibbare Heizmittels. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Induktionsgenerator eine hohe Haltbarkeit aufweist und weiterhin besonders wartungsfreundlich ist, da er ohne das Öffnen des Fluid- Systems ausgetauscht werden kann. Weiterhin wird eine hohe Leistungsübertragungsdichte somit ein besonders kompaktes Heizmittel ermöglicht. Kraftwärmemaschinen haben sich als besonders effizient hinsichtlich des Energieverbrauchs erwiesen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch betriebene Heizung eine Ventilschaltung bestehend aus mehreren Ventilen aufweist, deren Betätigung eine Förderung des Fluids durch die Fluid beheizte Form 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 die elektrische Heizung ein Kondensatgefäß aufweist. Ein Kondensatgefäß ermöglicht in einfacher Form eine Ventilschaltung zur Förderung des Fluids mittels Dampfdrucks.

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 Fluid beheizte Form 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 elektrisch angetriebene Heizung auf einen Betriebsdruck von weniger als 12 bar ausgelegt ist, wodurch eine besonders kosteneffiziente und kompakte Realisierung der Heizung ermöglicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene 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 die elektrisch angetriebene Heizung für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt ist, wobei unter kontinuierlichem Betrieb insbesondere ein im wesentlichen konstanter Druck verstanden wird, wobei prozessbedingte Schwankungen stattfinden können. Zumindest besteht jedoch dauerhaft ein Überdruck zur Umgebung von größer als ein bar. Weiterhin wird bevorzugt die Temperatur im Wesentlichen konstant gehalten.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch angetriebene Heizung ein geschlossenes System ist, so dass mit der Umgebung kein Volumenstrom ausgetauscht wird. Hierdurch wird ein besonders zuverlässige und wartungsarme elektrisch angetriebene Heizung ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Fluid Wasser aufweist oder daraus besteht oder ein Wärmeträgeröl oder ein Kältemittel 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. Kältemittel als Fluid bieten den Vorteil, dass bei der Verwendung einer Kraftwärmemaschine auf ein weiteres Fluid und einen weiteren Wärmetauscher verzichtet werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch betreibbare Heizung ein Entlüftungsventil und beziehungsweise oder ein Sicherheitsventil aufweist. Eine einfache Entlüftung der elektrisch betriebenen Heizung und eine einfache Inbetriebnahme sowie ein sicherer Betrieb der elektrisch betriebenen 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 elektrisch betriebenen Heizung, da der Dampf durch den Dampfdruck angetrieben wird und das Kondensat Schwerkraftgetrieben und beziehungsweise oder durch Kapillarkräfte zurück zum elektrisch betreibbaren Heizelement gefördert wird. Ventile sowie eine Pumpe können entfallen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die elektrisch betreibbare Heizung unbeweglich zu der Fluid beheizten Form angebracht ist. Durch die unbewegliche Anbringung können flexible Verrohrungen entfallen. Diese sind bei bekannten elektrisch betreibbaren Heizungen notwendig, um eine Verfahrbarkeit der Fluid beheizten Formen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Heizung eines dampfbeheizten Verbrauchers vorgesehen, wobei die Messwerte eines Temperatursensors und beziehungsweise oder eines Drucksensors mit Sollwerten verglichen werden und die Heizleistung eines elektrisch angetriebenen Heizmittels zum Annähern des Messwertes an den Sollwert angepasst wird. Ein einfaches sowie effizientes Verfahren zum Betreiben eines dampfbeheizten Verbrauchers 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 elektrisch angetriebenen Heizung zum Beheizen eines dampfbeheizten Verbrauchers, insbesondere zur Durchführung eines erfinderischen 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 elektrisch angetriebene Heizung für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß bei der Dampferzeugung;

Fig. 2 eine elektrisch angetriebene Heizung für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß bei der Kondensatrückgewinnung;

Fig. 3 eine elektrisch angetriebene Heizung für eine Reifen-Heizpresse mit einem Fluid-Vorratsgefäß und einer Pumpe.

Figur 1 zeigt eine elektrisch angetriebene Heizung 1 für eine Reifen-Heizpresse 2 mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 bei der Dampferzeugung. Die elektrisch angetriebene Heizung 1 ist mit dem Fluid-Vorratsgefäß 3, das ein elektrisch betreibbares Heizmittel 19 aufweist, über starre Verrohrungen 4 mit einer Fluid beheizten Form 5 in Form eines Konusring Containers einer Reifen-Heizpresse 2 verbunden. Es ist lediglich ein flexibler Bereich 6 der Verrohrung 4 zur Montage der elektrisch angetriebene Heizung 1 an unterschiedlich dimensionierten Dampfkammern im Konusring Container vorgesehen.

Der Konusring Container weist eine Aussparung 7 auf, zur Aufnahme des durch die elektrisch angetriebenen 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 elektrisch angetriebene Heizung 1 der Figur 1 für eine Reifen-Heizpresse 2 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 elektrisch angetriebene Heizung 1 für eine Reifen-Heizpresse 2 mit einem Fluid-Vorratsgefäß 3 und einer Pumpe 18 dargestellt. Die Reifen-Heizpresse 2 entspricht der der Figur 1 . Die elektrisch angetriebene 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 elektrisch angetriebene 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 elektrisch angetriebene 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 elektrisch angetriebene Heizung

2 Reifen-Heizpresse

3 Fluid-Vorratsgefäß

4 Verrohrung

5 Fluid beheizte Form

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 elektrisch betreibbares Heizmittel g Schwerkraft