<Desc/Clms Page number 1>
Heizvorrichtung zum gleichzeitigen Erhitzen von Luft und Wasser
Vorrichtungen zum Beheizen von Räumen mittels Warmluft sind bereits bekannt und werden in vie- len verschiedenen Formen und Grössen ausgeführt. Derartige Vorrichtungen finden immer grössere Anwen- dung auf Grund ihrer vielen Vorteile vor den meisten andern Heizvorrichtungen. Unter diesen Vorteilen sei vor allem die Schnelligkeit erwähnt, mit der die Erhitzung der Luft zu einer für den Aufenthalt in den Räumen geeigneten Temperatur erfolgt, auch wenn die ursprüngliche Temperatur äusserst niedrig war. Die Anlagekosten für die Heizvorrichtung sind im Vergleich'zu andern üblichen Heizvorrichtungen, beispielsweise solchen, wo Wasser als Wärmeübertragungsmittel verwendet wird, ebenfalls sehr niedrig.
Die letztere Art van Heizanlagen hatte jedoch bisher gewisse Vorteile vor den Luftheizvorrichtungen voraus. Zu diesen Vorteilen gehören die Leichtigkeit, mit der sich Raumbeheizungsanlagen mit Wasser- heizvorrichtungen kombinieren lassen sowie die grössere Gleichmässigkeit der Temperatur, die solche
Vorrichtungen auszeichnet. In letzterer Hinsicht kann dies aber manchmal ein Nachteil sein, z. B. wenn die Räume dann und wann einem starken Luftwechsel ausgesetzt werden, wie dies z. B. in gewissen Werk- statt-und Serviceräumen usw. der Fall ist. Unter diesen Umständen kann manchmal eine Erhitzung durch einen Luftheizer vorzuziehen sein, da die Lufttemperatur dann schneller auf einen geeigneten Wert er- höht werden kann.
Der Bedarf an Warmwasser hat aber in solchen Fällen oft dazu geführt, dass die Hei- zungsanlage als Wasserheizung ausgebildet wurde, obwohl die Beheizung der Räume dadurch weniger be- friedigend wird.
Zur Erzielung der bei einer Raumbeheizung mittels Warmluft bei gleichzeitiger Warmwasserberei- tung in derselben Heizanlage sich ergebenden Vorteile sind verschiedene Vorschläge gemacht worden.
Bei einigen dieser Vorschläge hat man den Grundgedanken angewendet, einen Heizkessel mit Wasser in einem geschlossenen Kreislauf als wärmeübertragendes Medium zu benutzen, indem die Luft in einem
Wärmetauscher und das Nutzwasser in einem andern Wärmetauscher erhitzt wird, welche in den genann- ten Kreislauf eingesetzt sind. Bei solchen Anlagen können jedoch während des Betriebes grosse Tempera- turschwankungen des Wassers vorkommen, welche von der Grösse der entnommenen Menge warmen Nutz- wassers abhängig sind. und die Lufterwärmung wird deshalb ebenfalls ungleichmässig.
Es sind auch Heizanlagen vorgeschlagen worden, wo das Nutzwasser direkt in einem Wärmekessel erwärmt und dann in einem Vorratstank aufgenommen wird, und auch die Luft direkt im Heizkessel er- wärmt wird. Bei diesem Anlagentyp hat man auch die Vorkehrung getroffen, dass das warme Nutzwasser und die Luft durch einen Wärmetauscher geleitet werden, in dem entweder das Wasser einen Teil seiner direkt im Kessel aufgenommenen Wärme an die eintretende Kaltluft abgibt, um diese vorzuwärmen, ehe sie direkt von den Rauchgasen des Kessels erhitzt wird oder auch die Luft, bevor sie den Kessel passiert hat und von den Rauchgasen stark erhitzt worden ist, einen Teil ihrer Wärme an das Nutzwasser abgibt, welches vom Vorratstank zurückströmt und, nachdem es von der Warmluft Wärme aufgenommen hat, zum Heizkessel weltctfliesst,
um in diesem weiter direkt erwärmt und zum Vorratstank zurückgeführt zu werden.
Alle hier erwähnten, vorbekannten Ausführungen von Heizanlagen zur gleichzeitigen Wasser- und Lufterwärmung sind unvollkommen, weil die Temperatur des diesen Anlagen entnommenen Warm wassers vom Lufterhitzungsverlauf stark beeinflusst wird und die Temperatur der abgehenden, erhitzten Luft ihrerseits von den Verhältnissen auf der Warmwasserseite sehr abhängig ist.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
eine Eintrittsleitungratur im Behälter 4 gesteuerte Impulsgeber und Betätigungsvorrichtung 37 gesteuert wird. Die Anordnung ist derart getroffen, dass das Ventil 14 bei niedriger Wassertemperatur die Verbindung zwischen dem
Rohr 16 und dem unteren Ende der Rohrschlange 12 absperrt und sie bei einer einstellbaren höheren
Temperatur wieder öffnet. Die Rohrschlange 12 ist wie das übrige System mit Wasser gefüllt.
Wenn die
Verbindung mit dem Rohr 16 offen ist, gibt es keine Verbindung zwischen den Rohren 10 und 16 ausser über die Rohrschlange 12. Bei niedriger Temperatur im Behälter 4 ist dagegen das Rohr 16 mit dem
Rohr 10 direkt verbunden.
Wenn die Heizvorrichtung in Betrieb gesetzt wird, wird der Motor 36 gleichzeitig mit der Brenner- vorrichtung 23 gestartet. Kalte Luft wird vom Ventilator 20 durch die Lufteintrittsöffnungen 27 in die
Kammer 22 eingesaugt, von wo sie durch den Kanal 19 weiter nach oben strömt. Die Luft bestreicht die
Wände des Verbrennungsraumes und der Rohre. Von innen werden die Rohre durch Flammen vom Brenner und durch heisse Verbrennungsgase bestrichen, die nach oben in die Rauchkammer 33 und weiter durch das Rohr 34 hinausströmen. Dadurch werden sie erhitzt und erhitzen ihrerseits die vorbeiströmende Luft.
Damit die Lufterhitzung wirksam ist, muss eine möglichst grosse Fläche der Rohre vom Luftstrom bestri- chen werden. Es kann deshalb von Vorteil sein, durch Leitbleche od. dgl. den Luftstrom zu zwingen, einen längeren Weg einzuschlagen als den nächsten, der durch den Kanal 19 gerade nach oben führt, durch dessen oberen Teil (in welchem die Rohrschlange 26 angeordnet ist) die Luft jedoch hindurchlaufen. muss, damit sie auch diese Rohrschlange bestreicht. Es kann auch erwünscht sein, die Luftströmung in gewissen Fällen einstellbar zu machen, so dass eine grössere oder kleinere Menge Luft an der Rohrschlan- ge 26 vorbeigeleitet werden kann. Mittel zu diesem Zweck können in vielerlei Weise ausgeführt wer- den, abhängig von den Wünschen hinsichtlich der Verteilung der Heizleistung auf die Luft bzw. das Was- ser.
Wenn die erhitzte Luft die Rohrschlange 26 bestreicht, wird das Wasser darin erhitzt, wobei die Luft gleichzeitig etwas abgekühlt wird. Die Rohrschlange 26 dient also als Kühlschlange für die Luft, wodurch diese bei ihrem Eintritt in die Warmluftkammer 21 eine niedrigere Temperatur erhält als sie gehabt ha- ben würde, falls die genannte Kühlung nicht stattgefunden hätte. Das Wasser, das in dem den Verbren- nungsraum teilweise umgebenden Behälter 8 erhitzt wird, erfährt eine weitere Erhitzung in der Rohr- schlange 26, von welcher das Wasser durch das Rohr 7 nach der Rohrschlange 5 weitergeleitet wird, wo es seine Wärme an das umgebende Wasser in Behälter 4 abgibt und demnach abgekühlt wird, während das Wasser im Behälter erhitzt wird.
Das abgekühlte Wasser strömt danach im Rohr 16 zum Ventil 14, das nun die Verbindung zwischen dem Rohr 16 und dem Rohr 10 offen hält, und darauf in den Behälter 8, wo das Wasser wieder erhitzt wird und von wo es dann in die Rohrschlange 26 zur weiteren Erwärmung strömt usw. Falls der Behälter 4 hoch gelegen ist, so dass das Wasser im Rohrsystem vor der Abkühlung steigen und nach der Abkühlung sinken muss, erfolgt der Kreislauf durch Thermosiphonwirkung. Der
Kreislauf kann jedoch auch mittels einer Umwälzpumpe aufrechterhalten werden, wobei die Aufstellung des Behälters 4 unabhängig von der Höhe gewählt werden kann.
Das Wasser im Behälter 4 wird durch den fortgesetzten Kreislauf auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher die Thermostatvorrichtung 37 derart betätigt wird, dass der Motor 38 gestartet wird unddieser das Ventil 14 umstellt. Dabei wird die direkte Verbindung zwischen Rohr 16 und Rohr 10 abgesperrt und die Verbindung zwischen Rohr 16 und Rohrschlange 12 geöffnet. Wenn das nun warme Wasser durch diese
Rohrschlange strömen kann, wird diese erwärmt. Die Rohrschlange wird aber gleichzeitig von der ein- strömenden Kaltluft abgekühlt, die dann ihrerseits Wärme aufnimmt und danachim vorgewärmten Zu- stand mit dem Verbrennungsraum und den Rohren in Berührung kommt. Infolge der Vorwärmung wird die
Luft eine höhere Temperatur erhalten, wenn sie die Rohrschlange 26 erreicht.
Solange letztere eine hinreichend niedrige Temperatur hat, um die Luft abzukühlen, d. h. eine hinreichend grosse Wärmemenge von dieser aufzunehmen, fährt die Erhitzung fort. Wenn das Wasser im Behälter 4 eine hinreichend hohe, d. h. die erwünschte Temperatur erreicht hat, ist auch die Rohrschlange 26 so warm, dass ihre Kühlwirkung auf die Luft niedrig ist. Die Luft wird dann bei ihrem Eintritt in die Warmluftkammer 26 eine so hohe Temperatur haben, dass der Thermostat 29 beeinflusst wird und einen Impuls zum Unterbrechen der Wrbrennung abgibt.
Der Motor 36'wird jedoch nicht von dem Thermostatimpuls beeinflusst, sondern treibt den Ventilator immer noch an, so dass die Luft auch weiterhin durch den Kanal 19 und die Kammer 22 strömt. Die beiden Rohrschlangen 12 und 26 haben jetzt eine so hohe Temperatur, dass die Luft beim Vorbeiströmen über eine gewisse erwünschte Minimaltemperatur erhitzt wird. Das Wasser wird dabei etwas abgekühlt.
Bei'dem fortgesetzten Kreislauf durch die Rohrschlange 5 wird das Wasser wieder von dem umgebenden, nun warmen Wasser im Behälter 4 erwärmt und kann, wenn es aufs neue durch die Rohrschlangen 12 und 26 läuft, immer noch Wärme an die Luft abgeben. Auf Grund des grossen Heizwertes des Wassers und der verhältnismässig grossen Wassermenge im Kreislaufsystem und im Behälter 4 kann die Luft während
<Desc/Clms Page number 4>
einer beträchtlichen Zeit unter langsamer Abkühlung des Wassers erhitzt werden, wobei die erreichte
Lufttemperatur jedoch allmählich entsprechend sinkt.
Schliesslich wird die Temperatur erreicht, welche vorher als erwünschte Mindesttemperatur eingestellt wurde und bei welcher der Thermostat 29 einen neuen Impuls zur Brennervorrichtung sendet, welche dann wieder gestartet wird und im Betrieb gehal- zeten wird, bis das Wasser wieder erhitzt worden ist.
Bei Abzapfung von Warmwasser aus dem Behälter 4 wird dieses durch Kaltwasser aus der Kaltwasser- leitung ersetzt, das durch die Eintrittsöffnung 2 einströmt und die Wassertemperatur im Behälter herab- setzt. Die Temperatur wird durch die Impulsgeber und Betätigungsvorrichtung 37 abgetastet, so dass die- se, nachdem die Temperatur auf eine eingestellte Mindesttemperatur herabgesunken ist, den Motor 38 startet, welcher das Ventil 14 umstellt und die Rohrschlange 12 von dem übrigen System absperrt.
Gleichzeitig wird das Wasser in der Rohrschlange 5 abgekühlt und tritt mit niedrigerer Temperatur als vorher in den den Verbrennungsraum umgebenden Behälter 8 ein. Auch wenn das Wasser durch die Rohr- schlange 26 strömt, hat es eine niedrigere Temperatur als vorher. Der Luftstrom, der nach der Absper- rung der Rohrschlange 12 nicht von dieser vorgewärmt wird und der jetzt durch die Rohrschlange 26 ab- gekühlt wird, erhält hiedurch eine derart niedrige Temperatur bei seinem Eintritt in die Kammer 21, dass der Thermostat 29 beeinflusst wird und einen Impuls zum Starten der Verbrennung abgibt, falls die- se vor Beginn der Abzapfung unterbrochen war. Falls die Verbrennung schon vorher im Betrieb war, dau- ert sie so lange an, bis das Wasser und die Luft die erwünschte, eingestellte Temperatur erhalten haben, wie bereits vorher beschrieben.
Bei sehr niedriger Lufttemperatur und lebhaftem Luftwechsel in den durch die Heizvorrichtung zu beheizenden Räumen kann die Wassertemperatur auf ihren Höchstwert steigen, bevor die Lufttemperatur die erwünschte Höhe erreicht hat, obwohl die beiden Rohrschlangen 12 und 26 Wärme an die Luft abge- ben. In einem solchen Fall würde Gefahr eines Kochens des Wassers vorliegen, falls die Thermostaten 30 und 31 nicht als Sicherheitsvorrichtungen funktionierten, von denen eine einen Impuls zur Unterbrechung der Verbrennung abgibt. Es dürfte jedoch möglich sein, falls die Bedürfnisse der Luft- bzw. Wasserhei - zung im vorhinein bekannt sind, die Heizvorrichtung derart zu bemessen, dass ein solcher Fall äusserst selten vorkommt.
Bei einer Vorrichtung zur Lufterhitzung allein bewirkt eine Absperrung der Heizquelle eine sofortige und rasche Abkühlung der Luft, die schnell eine Temperatur erreicht, bei welcher eine Wärmezufuhr wiederum erfolgen muss. Die Erhitzung erfolgt ebenfalls rasch, und die Wärmezufuhr muss wiederum nach kurzer Zeit unterbrochen werden. Auf Grund der kurzen Verbrennungs- und Stillstandzeiten, die eine Folge der geringen Trägheit des Systems sind, wird die Temperatur rasch zwischen einem Höchst- wert und einem Mindestwert schwanken, was ein Unbehagen'hervorruft, insbesondere in dem der Heiz- vorrichtung am nächsten gelegenen Teil der Räume. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung erreicht die
Luft beinahe unmittelbar nach dem Start der.
Verbrennung eine behagliche Temperatur, die dann mit un- bedeutenden Schwankungen während der ganzen Zeit aufrechterhalten wird, die zur Erhitzung auch des
Wassers auf die erwünschte Temperatur nötig ist. Wenn dies geschehen ist, aber nicht vorher, wird die
Verbrennung unterbrochen, wonach die Lufttemperatur langsam auf den erwünschten Mindestwert herab- sinkt, welcher infolge der Trägheit des Systems verhältnismässig hoch liegen kann. Die Temperatur- schwankungen bei diesem System sind gering und langsam und können bei einer den Bedürfnissen gut an- gepassten Vorrichtung beinahe unmerklich gemacht werden. Falls nämlich die Wasserabzapfung aus dem
Behälter 4 einigermassen reichlich ist, wird die Verbrennung kontinuierlich in Betrieb gehalten und die Lufttemperatur mit Hilfe der beiden Rohrschlangen 12 und 26 im grossen konstant gehalten.
Der Umstand, dass die Wärmezufuhrzeiten und die dazwischenliegenden Intervalle in die Länge ge- zogen werden. können, bringt selbstverständlich mit sich, dass die Zahl der Zündungen und Löschungen während einer gewissen Betriebsperiode gering wird, was besonders bei ölgefeuerten und damit vergleichbaren Anlagen von Vorteil ist. Die Vorteile bei der erfindungsgemässen Vorrichtung können aber mit gutem Ergebnis auch bei z. B. elektrisch erhitzten Anlagen ausgenützt werden, wo dann teure temperaturregelnde Glieder für die Heizquelle durch einfache Schalter od. dgl. ersetzt werden können, weil die Temperatur auch bei intermittierender Wärmezufuhr behaglich konstant gehalten wird.
Dadurch dass der Luftheizer und der Wasserheizer erforderlichenfalls Wärme voneinander in wahlfreier Richtung leihen können, lässt sich eine erfindungsgemässe Anlage mit einer Heizquelle von kleinerer Leistung versehen als zwei gesonderte Vorrichtungen. Bei momentaner Überbelastung kann das weniger belastete System das andere unterstützen. Dies bedeutet natürlich, dass-die Anlage billiger wird, ganz abgesehen von der selbstverständlichen Ersparnis, die darin liegt, dass nur eine Verbrennungsvorrichtung statt deren zwei benötigt wird.
Unter Zuhilfenahme von verschiedenen Vorrichtungen ist es möglich, die Leistung in dieser oder
<Desc/Clms Page number 5>
jener Hinsicht zu erhöhen. Falls man beispielsweise eine besonders schnelle Wassererhitzung wünscht, kann man irgendeinen Teil des Kanals 19 absperrbar machen und die Rohrschlange 26 in dem nicht ab- gesperrten Teil anbringen. Man kann die Warmluft somit durch den letztgenannten Teil leiten, welcher dadurch eine höhere Temperatur und eine grössere Erhitzungswirkung auf die Rohrschlange 26 erhält. Die
Vorrichtung kann weiterhin dadurch verschiedenen Bedürfnissen angepasst werden, dass die Zahl der Rohr- schlangen und deren Wärmeabgabe- bzw. Wärmeaufnahmevermögen zu verschiedenen Zeitpunkten ver- ändert wird, usw. Zur Steigerung des Übertragungsvermögens können die Rohre als Rippenrohre ausgeführt sein.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der bereits beschrie- benen nur dadurch, dass gewisse Teile verschieden ausgebildet sind. Der Warmwasserbereiter 1 und das
Expansionsgefäss 18 sind in Fig. 2 weggelassen, welche nur die Rohre 7 und 16 zeigt, die das Kreislauf- wasser zum Warmwasserbereiter hin-bzw. von ihm wegleiten.
Der Wasserbehälter 8 ist in Fig. 2 als ein Mantel ausgeführt, der den Verbrennungsraum 9 ganz um- 0 schliesst und der seinerseits im Gehäuse 35 ganz eingeschlossen ist. Das Rohr 7, welches an den oberen
Teil des Behälters 8 wie in Fig. 1 angeschlossen ist, ist auch in Fig. 2 als eine im Innern des Gehäuses 35 oberhalb des Verbrennungsraumes 9 gelegene Rohrschlange 26 dargestellt, die jedoch, wenn erwünscht, weggelassen werden kann.
Das Rohr 10, das an den unteren Teil des Behälters 8 angeschlossen ist, führt zu einem Dreiwegventil 39, welches das Dreiwegventil 14 in Fig. 1 ersetzt, und kann mittels dieses
Ventils über ein Rohr 40 und eine Umwälzpumpe 41 entweder mit dem Rohr 16 vom Warmwasserbereiter oder mit dem einen Ende eines Luftvorwärmers 42 verbunden werden, der der Rohrschlange 12 in Fig. 1 entspricht. Das andere Ende des Luftvorwärmers 42 ist über ein Rohr 43 mit der Umwälzpumpe 41 ge- meinsam mit dem Rohr 40 verbunden. Die Anordnung des Dreiwegventils 39 neben dem Behälter 8 bringt eine bequemere Unterbringung desselben als in Fig. l, jedoch keine Änderung der Wirkungsweise mit sich.
Der Luftvorwärmer ist im unteren Teil des Gehäuses 35 neben dessen Lufteintrittsöffnung 27 ange- ordnet, und neben dem Vorwärmer ist ein Zentrifugalgebläse 44 vorgesehen, das den Ventilator 20 in
Fig. 1 ersetzt und im Gegensatz zu diesem eine waagrechte Welle hat, um Luft durch die Öffnung 27 einzusaugen und sie, nachdem sie den Luftvorwärmer 42 durchströmt hat, nach aufwärts gerichtet abzu- geben. Das Gebläse 44 wird von einem Motor 45 angetrieben.
Der obere Teil des Gehäuses 35 ist mit der Öffnung 28 zur Entnahme von Warmluft versehen, und ganz oben im Gehäuse ist die Rauchkammer 33 angeordnet, an welche die aus dem Verbrennungsraum 9 kommenden Rauchgasrohre 32 angeschlossen sind und von welcher die Rauchgase durch einen Seitenaus- tritt 46 in den Schornstein entweichen können.
Im Anschluss an den Verbrennungsraum 9 ist wie in Fig. 1 ein Ölbrenner 23 vorgesehen. Ferner sollen Relais- und Thermostatglieder vorhanden sein, welche in der gleichen Weise wie in Fig. 1 angeordnet sind, obwohl sie nicht in Fig. 2 eingezeichnet sind.
Die oben im Anschluss an Fig. 2 beschriebene Heizvorrichtung arbeitet in genau der gleichen Weise wie die unter Hinweis auf Fig. 1 beschriebene.
Die gezeigte und beschriebene Vorrichtung gemäss der Erfindung kann in mancher andern Weise aus- geführt werden, die von den gezeigten Beispielen abweicht. Sowohl die in der Vorrichtung enthaltenen
Einheiten, wie z. B. der Warmwasserbereiter, der Verbrennungsraum, der Brenner und die übrigen Vorrichtungen, wie auch deren Anordnung untereinander usw., können abgeändert werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung dadurch überschritten wird. Es sei insbesondere hervorgehoben, dass die Rohrschlange 26 auf Kosten einer gewissen Verzögerung bei der Erhitzung des Wassers aus dem kalten Zustand weggelassen werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heizvorrichtung zum gleichzeitigen Erhitzen von Luft und Wasser mit einer Heizquelle, deren Verbrennungsgase über Zwischenwände die Luft in einem Luftheizer und das Wasser in einem Wasserheizer direkt beheizen, wobei an den Wasserheizer ein geschlossenes Rohrleitungssystem angeschlossen ist, das einen als Warmwasserbereiter dienenden Wärmeaustauscher enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rücklauf (16) vom Wasserbereiter (1) zum Wasserheizer (8) ein weiterer Wärmetauscher (12) eingeschaltet ist, der die im Luftheizer (19) aufzuheizende Kaltluft vorwärmt.