Verfahren zum Betrieb einer Flüssigkeitsheizung, und Wärmeaustauseher zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf Flüssig- keitsheizungen, z. B. Waeserheizungen, mit getrennten Kreisläufen von Heiz- und flüs sigem Umwä@lzheizungsmittel.
Bekannte, bei diesen Heizungen verwen dete W'ärmeaustauseher, welche entweder als Oberflächenwärmeaustauscher, .deren Heiz flächen auf einer Seite von Dampf und auf der andern vom Heizunigswa.-er bespült wer den oder als 14 fischerwärmer ausgebildet wa ren, hatten den Nachteil, ;
dass entweder zur Erzielung eines hohen Wärmeübergangswer- tes das Wasser mit hoher Geschwindigkeit an den Heizflächen vorbeigeführt wurde und damit eine grosse Antriebsleistung der Um wälzpumpen notwendig war oder bei Berüh rung des Umwälzwassers mit dem Kessel dampf im Heizungsnetz ein gorrosionssehutz erforderlich war.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Wärmeübergangs- wert von einer Wand an eine Flüssigkeit beim Verdampfen der letzteren viel höher ist als beim ,>blossen" Erwärmen. Während im letzteren Fall beispielsweise dias Wasser mit hoher Geschwindigkeit und .damit mit hohem Druckverlust an den Heizflächen vorbeige führt werden muss,
um .die den @Tärmeaus- ta.useh hindernde Wassern enzsehicht dünn zu machen, zerreisst diese Schicht bei -der Dampf bildung von selbst.
Erfindungsgemäss findet nun der Wärme austausch zwischen Heizmittel und zu erwär mendem Umwälzmittel unter Verdampfung eines Teils des letzteren statt, wobei in einem gleichzeitig als Ausdehnungsraum der Hei zungsanlage dienenden Behälter das ver dampfte Umwälzmittel wieder von flüssigem Umwälzmittel selbst niedergeschlagen wird.
Beim Wärmeaustauscher nach der Erfin- dung ist es möglich, die Verdampferheiz- fläehe ausserhalb des Behälters anzuordnen und durch Rohrleitungen mit dessen Dampf- und Wasserraum in Verbindung zu bringen, oder die Verdampfe:rheizfläehe als Rohr schlangensystem innerhalb des Behälters an zuordnen.
Einen besonderen Vorteil bietet die Er findung dadurch, dass der Behälter gleichzei tig als Ausdehnungsgefäss für das Heizsystem dient.
Um einen besonders geiten MTärmeiib-er- gang zu erhalten, kann die zu erwärmende Flüssigkeit durch Siebbleche oder ähnliche Einbauten auf beheizte Tellerschlangen in Tropfenform oder als Flüssigkeitsschleier ge leitet werden, wobei Einbauten und Schlan gen abwechselnd mehrfach aufeinanderfolgen.
Diese Tellerschlangen können aus ovalem Rohr geformt und derart im Behälter ange ordnet sein, dass das zum Beispiel in Tropfen form auf sie fallende Umwälzheizungswas:ser zuerst die dampfführenden Teile der Rohre trifft.
In der Zeichnung ist der Wärmeaustau- scher nach der Erfindung beispielsweise dar gestellt. Dabei zeigt Fig. 1 eine Ausfüh- rungSform des erfindungsgemässen Wärme- austauschers, bei dem sich die Verdiampfer- heizflächen innerhalb des erwähnten Behäl ters befinden.
Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausfiih- rungsform der Fig. 1, während Fig. 3 den Wärmeaustauseher mit der Verdampferhe:iz- fläche ausserhalb des Behälters zeigt. Die Fig. 4, 5, 6 und 7 zeigen in einem Ausschnitt des Grundrisses Ausführungen von Teller schlangen.
In .teer Fig. 1 ist mit 1 ein Behälter be zeichnet, der gleichzeitig als Ausdehnungs raum für die Heizungsanlage dient.
In ihm sind abwechselnd Siebteller 2 und dampfbe heizte, sipiralig gewundene Sehlangen 3 an, e- ordnet. Der Heizdampf tritt durch die Lei tung 4 in die Schlangen, während das Kon densat durch die Stutzen 5 über die Kondens töpfe 6 wegfliesst. Das zu erwärmend e Rücl- laufwasser der Heizung tritt durch .den Stut zen 7 in den Behälter 1 ein und fällt über die Siebteller 2 in Tropfenform auf die Ver- dampferfläche der Heizschlangen 3.
Dort wird es durch intensive l#eriihrung mit dar beheizten Rchraberfläche schnell erwärmt. Dadurch, dass :ich in den Schlangen im obern Teil der Dampf befindet, während da.s Kon densat im untern Teil der Rohre fliesst, er fahren die Tropfen durch das Aufprallen auf die heisse Rohroberfläche eine starke Erwär mung mit einem sehr guten Übertragungs- wert.
Durcb. den Aufprall der Wassertropfen, die damit zu.sammenhängend.e grosse Geschwin digkeit der Wasserteilchen und ihre wieder holte Aufteilung und Sammlun-, erfolgt die Wärmeübertragung zum grössten Teil durch direht:e Berührun- kleiner Teilchen mit der Heizfläche, wobei für einen ;
-rossen Teil der selben der @Värnmeii.be.rtragungswert für sie- den-des Wa,ser in Frage kommt. während zum Beispiel bei CTegen3tromapparaten stet ein Flüaiglieitskeru, der mit der Heizfläche nicht direkt in Berührung kommt, aufge wärmt werden russ. Es kommt weiter hinzu, d:ass ein gewisser kleiner Teil des aufzuwär menden @Va,sers verdampft.
Dieser Dampf wird von den herabfallenden ZVassertropfen auf ihrem Fallwege bei einem relativ guten Wä.rm,eübertragungsI#vert kondensiert, so dass der ZVärm@eübertragu:ngswert des Apparates, bezogen auf die Heizfläche, eine Steigerung erfährt. Der übrige Teil .der Schlangen wird von dem herabfliessenden Wasser in dünner Schicht benetzt, so dass das Nasser auch an diesem Teil sehr intensiv erwärmt wird.
Da nun ein Teil des -#Va=sers beim eben angegebenen -Vorgang verdampft, :wird sich in dem Behälter ein Dampfpol,ter entwil,-- k:eJn, dessen Druck dem Dampfdruck des er wärmten Wassers entspricht.
Es kann nun der Behälter 1 weitgehend als @usdehnung,- raum für das Heiz:svstem benutzt -,verden, da auch beim EinfKauelien der Heizschlangen 3 in das Heizun--.was,er keine Störun, des gesamten Betriebes erfolgt, sondern ledi:;
lich eine relativ kleine Temperaturherabsetzung infolge vermindertem Wärmeübergangswert eintritt. Auch die Parallelschaltung mehrerer solcher Behälter ist ohne weiteres möglich, indem man Ausgleichsleitungen zwischen den Dampf- und Wasserräumen verlegt.
Um eine gegenseitige Beeinträchtigung deT Konden- satabführun;g aus den einzelnen Schlangen zu verhindtern, sind ,getrennte Kondenstöpfe für jede Schlange vorgesehen, die in einen ge- meinsamen Sammelbehälter ausblasen.
Das Heisswasser wird dem Behälter 1 beim Stut zen 8 entnommen. Der gesamte Wärmeüber gang von Heizdampf zu Umwälzmittel kann noch dadurch verbessert werden, @dass das in den Heizsichlangen entstehende Kondenslat zur weiteren Abkühlung durch einen in den Rücklauf geschalteten Gegenstromapparat geleitet wird.
Die Erfindung kann auch dazu benutzt werden, um mittels Heisswasiser das Heizungs:- umwä.lzwas@sver anzuwärmen. Ebenso können auch andere Heizmittel und Umwälzheizungs- mittel, wie 0.1 oder Dipheny logyd, benutzt werden, da eine vollständige Trennung der Kreisläufe besteht und :die Konstruktion Un- dichtigkeiten leicht vermeiden lässt.
Nach der Fig. 2 ist ebenfalls die Ver- dampferheizflä.cbe in einem in den Heizungs- wass.erkreislauf eingeschalteten Gefäss unter gebracht. Die Heisswasserheizung ist darge stellt durch die Pumpe 9, die das Vorlauf- wa:--.-erdurch die \Wärmeverbraucher 10 und den Rücklauf 11 in den Behälter 12 drückt, w o .es in verteilter Form über die Einbauten 13 durch den Dampfraum des Behälters rie selt.
Ganz oder teilweise in das Wasser ein getaucht ist das Bündel 14 mit stehenden Heizrohren, an denen das Heizungswasser teilweise verdampft wird. Der Heizdampf strömt fluTch die Leitung 15 zu, das Nieder- schlag--,va'sser durch Leitung 16 ab und kann erforderlichenfalls durch einen in den Rück lauf der Heizung geschalteten Vorwä.rmer zusätzlich gekühlt werden.
Durch diese An ordnung sind also einmal Heizdampf- und Heizungsnetz vollkommen voneinander ge trennt; es ist von der Heizungspumpe keine ,.zusätzliche Arbeit" für die Förderung des Wassers durch die Heizflächen hindurch auf zubringen; .der umschliessende Behälter er füllt gleichseitig ,die Aufgaben eines Aus- d,ehnungsgefässes, und der von der Heizfläche erzeugte Dampf gibt den notwendigen Druck im Ausdehnungsraum.
Ein weiterer Vorteil isst, dass durch das ständige Aufkochen des Umlaufwassers allfällig eingedrungene Gase ausgetrieben und durch eine der bekannten Anordnungen ,aus dem Gefäss abgeführt wer- .den können.
Fig. 3 zeigt -eine Ausführung, bei wel cher der Verdampfer an den Behälter 21 an gebaut ist. Diese Anordnung empfiehlt sich für den nachträglichen Umbau vorhandener Anlagen mit Misch-Wärmeaustausühern oder für den Fall,
d-ass das Verdampfer-Heizbündel sehr leicht zugänglich sein soll oder falls dem Ausdehnungsbehälter der zur Unterbringung der Verdampfungs-Heizfläche notwendige Durchmesser nicht gegeben werden kann. Der Verdampfer erhält hier Heizdampf durch das Rohr 18. das Niedersehlagwaaser fliesst durch Leitung 19 ab.
Der erzeugte Dampf strömt ,durch Leitung 20 in. den Behälter 21. _NVie aus dem Betriebsverhalten von Verdampfern be kannt ist, findet bei solchen Anordnungen keine ruhige Dampfentwicklung statt; son dern es bildet sich ein Dampf-Wassergemisch. Es findet also ein sehr starker Umlauf zwi- schen den Gefässen 17 und 21 statt, der wie derum die Wärmeübergangsleis-tung erhöht.
Der Verdampfer erhält Wasser aus dem Aus dehnungsgefäss durch die Leitung 22. Durch Leitung 23 wird das erwärmte, für Heiz zwecke bestimmte Umlaufwasser in den Vor lauf der Heizung geführt und kehrt durch Leitung 24 in den Behälter 21 zurück.
Bei der.Erfindung können für den Ver dampfer an Stelle von Dampf auch andere Heizmittel, wie Heisswaeser, 01 oder Gase usw., verwendet werden, ebenso können auch andere flüssige Umwälzheizungsmittel als Was,xzer verwendet werden.
In Pig. 4 bedeuten 3' die Schlaugenwin- .dungen, während 25 dazwischenliegende ge lochte Bleche darstellen. Die schwarz gekenn zeichneten greisflä(chen stellen die Durch trittsflächen des Wasisens,dar.
In Fig. 5 sind wieder -mit 3' die voneinan der distanzierten Schlangenwindungen be- zeichnet, während 26 .dazwischenliegende, an dia Windungen angeschweisste Draht- bezw. Flacheisenstücke bedeuten.
Nach Fig. 6 sind die Schlangenwindungen 3' eins-eitiggewellt, während na..ch Fig. 7 die Sehlangenwindunggen beidseitig gewellt sind.
In allen vier Fällen gemäss Fig. 4 bis 7 -wird durch die Tellezs!ehlangen das dieselben aussenseitig- durchströmende, zu erwärmende Wasser in Strahlen aufgeteilt.
Method for operating a liquid heating system, and heat exchangers for carrying out the method. The invention relates to liquid heaters, e.g. B. Waeserheizungen, with separate circuits of heating and liquid Umwä @ lzheizmittel.
Known heat exchangers used in these heaters, which either as surface heat exchangers, whose heating surfaces were flushed on one side by steam and on the other by Heizunigswa.-er, or designed as 14 fischerwarmers, had the disadvantage;
that either the water was led past the heating surfaces at high speed in order to achieve a high heat transfer value, which meant that the circulating pumps had to have a high drive power, or that corrosion protection was required when the circulating water came into contact with the boiler steam in the heating network.
The present invention is based on the knowledge that the heat transfer value from a wall to a liquid when evaporating the latter is much higher than when "just" heating it. In the latter case, for example, the water at high speed and thus at high Pressure loss must bypass the heating surfaces,
In order to thin the layer of water that hinders the heat dissipation, this layer tears by itself when the steam is formed.
According to the invention, the heat exchange between the heating medium and the circulating medium to be heated takes place with evaporation of part of the latter, with the evaporated circulating medium being precipitated again by the liquid circulating medium itself in a container which also serves as the expansion space of the heating system.
In the case of the heat exchanger according to the invention, it is possible to arrange the evaporator heating surface outside the container and to bring it into connection with its steam and water space through pipelines, or to assign the evaporator heating surface as a coil system inside the container.
The invention offers a particular advantage in that the container also serves as an expansion vessel for the heating system.
In order to obtain a particularly smooth heat transfer, the liquid to be heated can be passed through sieve plates or similar internals onto heated plate coils in the form of drops or as a liquid curtain, with internals and coils alternating several times.
These plate snakes can be formed from oval tubes and arranged in the container in such a way that the circulating heating water falling on them in droplets, for example, hits the steam-carrying parts of the tubes first.
In the drawing, the heat exchanger according to the invention is shown as an example. 1 shows an embodiment of the heat exchanger according to the invention, in which the evaporator heating surfaces are located within the aforementioned container.
FIG. 2 shows a modified embodiment of FIG. 1, while FIG. 3 shows the heat exchanger with the evaporator heating surface outside the container. 4, 5, 6 and 7 show, in a section of the plan, versions of snake plates.
In .teer Fig. 1, 1 is a container be characterized, which also serves as an expansion space for the heating system.
In it there are alternating sieve plates 2 and steam-heated, sipiral winding lengths 3, arranged. The heating steam passes through the line 4 into the snakes, while the condensate flows away through the nozzle 5 via the condensate pots 6. The return water to be heated from the heater enters the container 1 through the connection 7 and falls over the sieve plate 2 in the form of drops onto the evaporator surface of the heating coils 3.
There it is quickly warmed up through intensive contact with the heated scraper surface. Because: I is in the lines in the upper part of the steam, while the condensate is flowing in the lower part of the pipes, the drops cause strong warming with a very good transfer value when they hit the hot pipe surface .
Durcb. The impact of the water droplets, which is related to the high speed of the water particles and their repeated division and collection, the heat transfer takes place for the most part through direct: e contact of small particles with the heating surface, whereby for one;
- large part of the same the @ Värnmeii.be.rtragungswert for sieden-des water comes into question. For example, in the case of CT devices, a liquid that does not come into direct contact with the heating surface is always warmed up. In addition, a certain small part of the water to be warmed up evaporates.
This steam is condensed by the falling water droplets on their way down at a relatively good heat transfer rate, so that the heat transfer value of the apparatus, based on the heating surface, increases. The remaining part of the snakes is wetted in a thin layer by the water flowing down, so that the water is heated very intensively on this part as well.
Since part of the - # Va = sers evaporates in the process just mentioned, a vapor cushion will develop in the container, - k: eJn, the pressure of which corresponds to the vapor pressure of the warmed water.
The container 1 can now largely be used as an expansion space - space used for the heating system -, since even when the heating coils 3 are inserted into the heating unit, there is no disruption to the entire operation, but only: ;
Lich a relatively small temperature decrease occurs due to the reduced heat transfer value. It is also possible to connect several such containers in parallel by laying compensating lines between the steam and water spaces.
In order to prevent mutual interference in the condensate discharge from the individual lines, separate condensate pots are provided for each line, which blow out into a common collecting container.
The hot water is taken from the container 1 at 8 Stut. The entire heat transfer from the heating steam to the circulating medium can be further improved by passing the condensate formed in the heating sections through a countercurrent device connected to the return for further cooling.
The invention can also be used to warm up the heating system by means of hot water: - umwä.lzwas@sver. Likewise, other heating means and circulating heating means, such as 0.1 or Dipheny logyd, can be used, since there is a complete separation of the circuits and: the construction can easily avoid leaks.
According to FIG. 2, the evaporator heating surface is also placed in a vessel connected to the heating water circuit. The hot water heating is represented by the pump 9, which pushes the flow wa: --.- it through the \ heat consumers 10 and the return 11 into the container 12, where it is distributed over the internals 13 through the vapor space of the container rie selt.
The bundle 14 with standing heating pipes on which the heating water is partially evaporated is completely or partially immersed in the water. The heating steam flows flush to the line 15, the precipitate flows out through the line 16 and, if necessary, can be additionally cooled by a preheater connected to the return of the heater.
Through this arrangement, so once heating steam and heating network are completely separated from each other; There is no "additional work" to be done by the heating pump for pumping the water through the heating surfaces; .the surrounding container it fills on both sides, the tasks of an expansion vessel, and the steam generated by the heating surface provides the necessary Pressure in the expansion space.
Another advantage is that the constant boiling of the circulating water expels any gases that may have penetrated and can be discharged from the vessel using one of the known arrangements.
Fig. 3 shows an embodiment in which the evaporator on the container 21 is built on. This arrangement is recommended for the subsequent conversion of existing systems with mixed heat exchangers or for the case
that the evaporator heating bundle should be very easily accessible or if the expansion tank cannot be given the diameter necessary to accommodate the evaporation heating surface. The evaporator receives heating steam here through pipe 18. The Niedersehlagwaaser flows off through line 19.
The generated steam flows through line 20 into the container 21. As is known from the operating behavior of evaporators, there is no steady development of steam in such arrangements; Instead, a steam-water mixture is formed. There is therefore a very strong circulation between the vessels 17 and 21, which in turn increases the heat transfer capacity.
The evaporator receives water from the expansion vessel through line 22. Through line 23, the heated circulating water intended for heating purposes is passed into the pre-run of the heater and returns through line 24 into the container 21.
In the invention, instead of steam, other heating means, such as hot water, oil or gases, etc., can also be used for the evaporator, and other liquid circulating heating means other than water can also be used.
In Pig. 4 mean 3 'the loop windings .dungen, while 25 represent perforated sheets in between. The black marked gray areas represent the passage areas of the Wasisen.
In FIG. 5, 3 'again denotes the serpentine windings that are spaced apart from one another, while 26 .conditional wire or wire welded to the windings is indicated again. Flat iron pieces mean.
According to FIG. 6, the snake turns 3 'are corrugated on one side, while according to FIG. 7 the snake turns are corrugated on both sides.
In all four cases according to FIGS. 4 to 7, the water to be heated and flowing through them on the outside is divided into jets by the Tellezs! Ehlangen.