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Luft- und Wassererhitzer Die Erfindung bezieht sich auf Luft- und
Wassererhitzer mit unmittelbarer Erwärmung der beiden Wärmeträger durch eine Heizquelle
und Vorwärmung der zu erhitzenden Luft.
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Vorrichtungen zum Beheizen von Räumen mittels Warmluft sind bekannt
und werden in vielen verschiedenen Formen und Größen ausgeführt. Derartige Vorrichtungen
finden immer größere Anwendung auf Grund ihrer Vorteile gegenüber den meisten anderen
Heizvorrichtungen. Hierzu gehört vor allem das schnelle Aufheizen der Luft zu einer
für den Aufenthalt in den Räumen geeigneten Temperatur, auch wenn die ursprüngliche
Temperatur äußerst niedrig war. Die Anlagekosten für die Heizvorrichtung sind im
Vergleich zu anderen üblichen Heizvorrichtungen, beispielsweise solchen, wo Wasser
als Wärmeträger verwendet wird, ebenfalls sehr niedrig.
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Wasserheizungsanlagen hatten jedoch bisher gewisse Vorteile vor den
Luftheizvorrichtungen voraus. So können z. B. Raumluftheizungsanlagen mit Wasserheizvorrichtungen
auf einfache Art vereinigt werden. Ferner zeichnen sich Wasserheizungsanlagen durch
große Gleichmäßigkeit der Temperatur aus. Das ist jedoch nicht immer günstig, z.
B. wenn die Räume dann und wann einem starken Luftwechsel ausgesetzt werden, wie
dies in Werkstatt- und ähnlichen Räumen der Fall ist. Unter diesen Umständen kann
manchmal eine Raumbeheizung durch einen Lufterhitzer vorzuziehen sein, da die Lufttemperatur
hierdurch schneller auf den erforderlichen Wert gebracht werden kann. Der Bedarf
an Warmwasser hat aber in solchen Fällen oft dazu geführt, die Heizungsanlage als
Wasserheizung auszubilden, obwohl die Beheizung der Räume dadurch weniger befriedigend
wird.
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Bisher war man bei Bedarf an Warmwasser entweder gezwungen, auf die
Vorteile der Luftheizung zu verzichten und sich mit einer teuren Wasserheizungsanlage
abzufinden oder getrennte Warmwasserbereiter und Lufterhitzer vorzusehen. Dies bringt
selbstverständlich höhere Kosten mit sich.
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So ist es zwar bekannt, Luft und Wasser durch eine gemeinsame Heizquelle
zu erwärmen. Auch ist nicht neu, die Ansaugluft in einer das Abzugsrohr eines Brenners
umgebenden Kammer vorzuwärmen. Hierbei handelt es sich jedoch immer nur um die gleichzeitige
Erwärmung zweier getrennter, voneinander unabhängiger Anlagen. Es wird lediglich
eine zweite Heizquelle eingespart.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Heizungsanlage zu schaffen, durch
die eine gewünschte Wassertemperatur und eine geeignete Warmlufttemperatur auch
bei großem Wasserverbrauch und stark schwankenden Außentemperaturen weitgehend gleichgehalten
werden können.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß bei einem Luft- und Wassererhitzer
der eingangs angeführten Gattung für die Vorwärmung der zu erhitzenden Luft in der
Rücklaufleitung eines an den Wassererhitzer angeschlossenen Wasserkreislaufs ein
Wärmetauscher vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Temperatur im Wasserkreislauf
durch ein Umschaltventil und eine Kurzschlußleitung ein- und ausgeschaltet werden
kann.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Anlage und F i g. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel.
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In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Warmwasserbereiter der an sich bekannten
Art mit einem an eine Eintrittsleitung 2 und eine Austrittsleitung
3 angeschlossenen äußeren Behälter 4. Die Eintrittsleitung 2 ist an
eine Kaltwasserleitung angeschlossen. Im Innern des Behälters 4 ist eine Heizschlange
5 aus Rohren vorgesehen, die einen Teil eines geschlossenen Wasserkreislaufes bilden.
Das eine Ende 6 der Rohrschlange 5 ist mit einem von einem Wassererhitzer 8 kommenden
Rohr 7 verbunden. Dieses Rohr ist im Wassererhitzer als Rohrschlange 26 ausgebildet
und weiter unten näher beschrieben.
Der Wassererhitzer 8 weist einen
liegenden glockenförmigen Wassermantel auf, der einen Verbrennungsraum 9 teilweise
umgibt. Das Rohr 7 geht am Wassererhitzer 8 oben ab, an dessen unteren Teil ein
als Kurzschlußleitung dienendes anderes Rohr 10 angeschlossen ist. Diese Kurzschlußleitung
hat eine Abzweigung 11, die mit dem einen Ende 13 eines als Rohrschlange ausgebildeten
Wärmetauschers 12 verbunden ist. Das Rohr 10 führt unterhalb der Abzweigung 11 nach
einem Dreiwegeventil 14 als Umschaltventil. Dessen eine Öffnung ist an das Rohr
10, dessen zweite Öffnung an das untere Ende 15 des Wärmetauschers 12 und dessen
dritte Öffnung an ein Rohr 16 angeschlossen. Dieses Rohr 16 verbindet als Rücklaufleitung
das untere Ende der Rohrschlange 5 mit dem Umschaltventil 14, so daß die Teile 5,
7, 8,10,14 und 16 einen zusammenhängenden geschlossenen Wasserkreislauf bilden,
in den auch der Wärmetauscher 12 je nach Stellung des Umschaltventils eingeschaltet
werden kann.
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Die den Wassererhitzer 8 mit der Rohrschlange 5 im Warmwasserbereiter
verbindende Rücklaufleitung 7 ist durch ein Rohr an ein Ausdehnungsgefäß 18 angeschlossen.
Der Luft- und Wassererhitzer ist im Innern eines Gehäuses 35 vorgesehen, das unterhalb
des Verbrennungsraumes 9 eine Lufteintrittskammer 22 bildet, die sich nach oben
erstreckt und hier in einer Warmluftkammer 21 endigt. Die Wände dieser Kammern sind
mit Lufteintrittsöffnungen 27 unten und Luftaustrittsöffnungen 28 oben versehen.
In der Abdeckplatte der oberen Kammer 21 ist ein Rauchabzug 34 eingesetzt und mit
einer im Innern der Kammer vorgesehenen Rauchsammelkammer 33 verbunden. Diese ist
durch eine Anzahl von senkrechten Heizgasrohren 32 mit dem Verbrennungsraum 9 verbunden.
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Das Außengehäuse 35 ist derart angeordnet, daß zwischen ihm und dem
Verbrennungsraum 9 sowie den Heizgasrohren 32 ein Luftkanal 19 gebildet wird, so
daß Luft aus der unteren Kammer 22 durch den Kanal 19 in die obere Kammer 21. strömen
kann. Um eine derartige Luftströmung zu erzielen, ist in der Lufteintrittskammer
22 ein Ventilator 20 vorgesehen, der von einem Motor 36 angetrieben wird. Unterhalb
des Ventilators ist der Wärmetauscher 12 in der Weise angeordnet, daß die vom Ventilator
durch die Öffnungen 27 angesaugte Luft die Rohre des Wärmetauschers beaufschlagt.
Im Luftkanal 19 unterhalb der Warmluftkammer 21 oben ist die bereits erwähnte Rohrschlange
26 als weiterer Wassererhitzer vorgesehen.
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Zum Verbrennungsraum 9 gehört eine Brennervorrichtung, beispielsweise
ein Ölbrenner 23. Dieser wird in an sich bekannter Weise von einem Relais 24 durch
Impulse von in der Kammer 21 und in den Rohren des Wasserkreislaufs eingebauten
Thermostaten 29, 30 und 31 derart gesteuert, daß die Verbrennung unterbrochen wird,
wenn die Temperatur der Luft oder des Wassers bei den Thermostaten im voraus eingestellte
Höchstwerte erreicht, und daß die Verbrennung wieder gestartet wird, wenn die genannten
Temperaturen unter ebenfalls im voraus eingestellte Mindestwerte herabgesunken sind.
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Das Umschaltventil 14 ist mittels nicht dargestellter Übertragungsglieder
mit einem Servomotor 38 verbunden, der in an sich bekannter Weise durch eine von
der Wassertemperatur im Warmwasserbereiter 1 gesteuerte Impulsgebe- und Betätigungsvorrichtung
37 beeinflußt wird. Diese Anordnung ist derart getroffen, daß das Umschaltventil
14 bei niedriger Wassertemperatur die Verbindung zwischen der Rücklaufleitung 16
und dem unteren Ende des Wärmetauschers 12 absperrt und bei erreichter, eingestellter
höherer Temperatur wieder öffnet. Wenn die Verbindung zwischen dem Wärmetauscher
12 und der Rücklaufleitung 16 offen ist, gibt es keine Verbindung zwischen den Leitungen
10 und 16 außer über den Wärmetauscher 12. Bei niedriger Temperatur im Warmwasserbereiter
1 ist dagegen die Rücklaufleitung 16 mit der Kurzschlußleitung 10 unmittelbar verbunden.
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Wenn der Ölbrenner 23 in Betrieb gesetzt wird, wird mit diesem der
Motor 36 des Ventilators 20 gleichzeitig gestartet. Kalte Luft wird vom Ventilator
20 durch die Lufteintrittsöffnungen 27 in die untere Kammer 22 eingesaugt, von wo
sie durch den Kanal 19 nach oben strömt. Die Luft bestreicht die Wände des Verbrennungsraumes
9 und der Heizgasrohre 32. Wenn die nach oben strömende erhitzte Luft die Rohrschlange
26 des Wassererhitzers 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 oben eine
niedrigere Temperatur erhält. Das Wasser, das in dem den Verbrennungsraum teilweise
umgebenden Wassermantel 8 erhitzt wird, erfährt eine weitere Erhitzung in der Rohrschlange
26, von der das Wasser durch das Rohr 7 nach der Rohrschlange 5 im Warmwasserbereiter
weitergeleitet wird. Das abgekühlte Wasser strömt von hier über die Rücklaufleitung
16 zum Umschaltventil 14, das nun die Verbindung zwischen der Rücklaufleitung 16
und der Kurzschlußleitung 10 offenhält. Anschließend strömt das Wasser in den Wassermantel
8, wo es wieder erhitzt wird und von neuem in den Kreislauf geht. Falls der
Warmwasserbereiter 1 hochgelegen ist, kann das Wasser durch Schwerkraft umlaufen.
Der Kreislauf kann jedoch auch mittels einer Umwälzpumpe aufrechterhalten werden,
so daß der Warmwasserbereiter in der Höhe beliebig aufgestellt werden kann.
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Das Wasser im Behälter 4 wird durch den fortgesetzten Kreislauf und
die Rohrschlange 5 auf eine Temperatur erhitzt, bei der der Thermostat 37 den Motor
38 einschaltet und damit das Umschaltventil 14 umstellt. Dabei wird die unmittelbare
Verbindung zwischen Rücklaufleitung 16 und Kurzschlußleitung 10 abgesperrt und die
Verbindung zwischen Rücklaufleitung 16 und Wärmetauscher 12 geöffnet. Wenn das nun
warme Wasser durch diesen Wärmetauscher strömen darf, wird dieser erwärmt. Der Wärmetauscher
wird aber gleichzeitig von der einströmenden Kaltluft abgekühlt, die dann ihrerseits
Wärme aufnimmt und danach im vorgewärmten Zustand mit der Heizquelle und den Heizgasrohren
in Berührung kommt. Infolge der Vorwärmung wird die Luft mit höherer Temperatur
die Rohrschlange 26 erreichen. Solange diese eine hinreichend niedrige Temperatur
hat, um die Luft abzukühlen, fährt die Erhitzung fort. Wenn das Wasser im Warmwasserbereiter
1 die erwünschte Temperatur erreicht hat, ist auch die Rohrschlange 26 so warm,
daß seine Kühlwirkung auf die Luft niedrig ist. Die Luft wird dann bei ihrem Eintritt
in die Warmluftkammer 21 oben eine so hohe Temperatur haben, daß hier der Thermostat
29 anspricht und einen Impuls zum Unterbrechen des Ölbrennerbetriebes abgibt.
Der
Motor 36 des Ventilators 20 wird jedoch nicht von dem Thermostatimpuls beeinflußt,
sondern treibt den Ventilator immer noch an, so daß die Luft durch den Kanal 19
und die unter:. Kammer 22 weiterströmt. Der Wärmetauscher 12 und die Rohrschlange
26 haben jetzt eine so hohe Temperatur, daß die Luft beim Vorbeiströmen auf eine
erwünschte Mindesttemperatur 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 den Wärmetauscher 1.2 und die Rohrschlange 26 läuft, weiter Wärme an
die Luft abgeben. Auf Grund des großen Heizwertes des Wassers und der verhältnismäßig
großen Wassermenge im Kreislauf sowie im Warmwasserbereiter 1 kann die Luft während
einer beträchtlichen Zeit unter langsamer Abkühlung des Wassers erhitzt werden,
wobei die erreichte Lufttemperatur jedoch allmählich entsprechend sinkt. Schließlich
wird die Temperatur erreicht, die vorher als erwünschte Mindesttemperatur eingestellt
wurde und bei der der Thermostat 29 einen neuen Impuls zum Brenner sendet, der dann
erneut gestartet und in Betrieb gehalten wird, bis das Wasser wieder erhitzt worden
ist.
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Bei Warmwasserentnahme wird diese Menge durch Kaltwasser aus der Kaltwasserleitung
ersetzt, das durch die Eintrittsöffnung 2 einströmt und die Wassertemperatur im
Behälter herabsetzt. Die Temperatur wird durch den Thermostat 37 abgetastet, so
daß dieser, nachdem die Temperatur auf eine eingestellte Mindesttemperatur herabgesunken
ist, den Motor 38 startet, der das Umschaltventil 14 umstellt und den Wärmetauscher
12 von dem Wasserkreislauf absperrt. Gleichzeitig wird das Wasser in der Rohrschlange
5 abgekühlt und tritt mit niedrigerer Temperatur als vorher in den den Verbrennungsraum
umgebenden Wassermantel 8 ein. Auch wenn das Wasser durch die Rohrschlange 26 strömt,
hat es eine niedrigere Temperatur als vorher. Der Luftstrom, der nach dem Absperren
des Wärmetauschers 12 nicht von diesem vorgewärmt wird und jetzt durch die Rohrschlange
26 abgekühlt wird, erhält hierdurch eine derart niedrige Temperatur bei seinem Eintritt
in die Kammer 21 oben, daß der Thermostat 29 anspricht und einen Impuls zum Starten
des Ölbrenners gibt, falls dieser vor Beginn des Abzapfens außer Betrieb war. War
der Ölbrenner schon vorher in Betrieb, dauert dieser so lange an, bis das Wasser
und die Luft die erwünschte eingestellte Temperatur haben.
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Der Umstand, daß die Wärmezufuhrzeiten und die dazwischenliegenden
Intervalle in die Länge gezogen werden können, bringt selbstverständlich mit sich,
daß die Zahl der Inbetriebsetzungen und Ausschaltungen während einer gewissen Betriebsperiode
Gering wird, was besonders bei ölgefeuerten und damit vergleichbaren Anlagen von
Vorteil ist. Diese Vorteile können mit gutem Ergebnis auch bei z. B. elektrisch
erhitzten Anlagen ausgenutzt werden, wo teure temperaturregelnde Glieder für die
Heizquelle durch einfache Schalter od. dgl. ersetzt werden :Können, weil die Temperatur
auch bei intermittierender Wärmezufuhr behaglich gleichgehalten wird.
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Dadurch, daß der Lufterhitzer und der Wassererhitzer erforderlichenfalls
Wärme untereinander austauschen können, läßt sich die Anlage nach der Erfindung
mit einer Heizquelle von kleinerer Leistung betreiben als eine Anlage mit zwei Gesonderten
Vorrichtungen. Bei überbelastung kann der weniger belastete Teil dem anderen helfen.
Dies bedeutet, daß die Anlage im Gesamtaufbau billiger wird, ganz abgesehen von
der Ersparnis, die darin liegt, daß nur eine Verbrennungsvorrichtung benötigt wird.
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Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet
sich von der bereits beschriebenen nur dadurch, daß gewisse Teile verschieden ausgebildet
sind. Der Warmwasserbereiter 1 und das Ausdehnungsgefäß 18 sind in F i g. 2 weggelassen,
die nur die Rohre 7 und 16 zeigt, die das Kreislaufwasser zum Warmwasserbereiter
hin- und zum Wassererhitzer zurückführen.
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Der Wasserbehälter 8 ist in F i g. 2 als ein stehender, oben und unten
geschlossener Mantel ausgeführt, der so den Verbrennungsraum 9 ganz umschließt und
der seinerseits im Gehäuse 35 ganz eingeschlossen ist. Das Rohr 7 zum Warmwasserbereiter
ist an den oberen Teil des Wassererhitzers 8 angeschlossen und geht im Innern des
Gehäuses 35 oberhalb des Verbrennungsraumes 9 in eine Rohrschlange 26 über, die
jedoch, wenn erwünscht, weggelassen werden kann. Das Rohr 10, das an den unteren
Teil des Wassermantels 8 angeschlossen ist, führt zu einem Umschaltventil 39 und
kann mittels dieses Ventils über eine Kurzschlußleitung 40 und eine Umwälzpumpe
41 entweder mit der Rücklaufleitung 16 vom Warmwasserbereiter oder mit dem einen
Ende eines als Luftvorwärmer dienenden Wärmetauschers 42 verbunden werden, der dem
Wärmetauscher 12 in F i g. 1 entspricht. Das andere Ende des Wärmetauschers 42 ist
über ein Rohr 43 mit der Umwälzpurnpe 41 gemeinsam mit der Kurzschlußleitung 40
verbunden. Der Wärmetauscher 42 ist im unteren Teil des Gehäuses 35 neben dessen
Lufteintrittsöffnung 27 angeordnet. Neben dem Wärmetauscher ist ein Zentrifugalgebläse
44 vorgesehen, das den Ventilator 20 in F i g. 1 ersetzt und im Gegensatz zu diesem
eine waagerechte Welle hat, um Luft durch die Öffnung 27 einzusaugen und sie, nachdem
sie den Wärmetauscher 42 beaufschlagt hat, in Richtung aufwärts abzugeben. Das Gebläse
44 wird von einem Motor 45 angetrieben.
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Der obere Teil des Gehäuses 35 ist mit der Öffnung 28 zur Entnahme
von Warmluft vorgesehen, und ganz oben im Gehäuse ist die Rauchsammelkammer 33 angeordnet,
an weiche die aus dem Verbrennungsraum 9 kommenden Heizgasrohre 32 angeschlossen
sind und von der die Rauchgase durch einen Seitenaustritt 46 in den Schornstein
entweichen.
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Zum Verbrennungsraum 9 gehört ein Ölbrenner 23. Ferner sollen nicht
dargestellte Relais- und Thermostatglieder vorhanden sein, die in der gleichen Weise
wie in F i g. 1 angeordnet sind.
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Die Gezeigte und beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung kann
in mancher anderen Weise ausgeführt werden, die von den gezeigten Beispielen abweicht.
Sowohl die in der Vorrichtung mit enthaltenen Einheiten, wie z. B. der Warmwasserbereiter,
der Verbrennungsraum, der Brenner und die übrigen Vorrichtungen, wie auch deren
Anordnung untereinander usw. können in dem Rahmen abgeändert werden, wie es durch
die im Anspruch gekennzeic:?nete Gesamtanordnung gesteckt ist.