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Verteilungsrohr Die Erfindung betrifft ein Verteilungsrohr, insbesondere
für gas- bzw. dampfförmige und/oder flüssige Medien, mit Queröffnungen.
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Verteilungsrohre dieser Art dienen insbesondere zum Verteilen von
Medien über die Länge des Verteilungsrohres, wobei das Medium aus den über die Länge
des Rohres verteilt angeordneten Queröffnungen austritt. Dabei wird eine möglichst
gleichmäßige Verteilung des Mediums angestrebt. Dies ist jedoch wegen des innerhalb
des Verteilungsrohres auftretenden Druckabfalles, insbesondere bei langen Rohren,
problematisch.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verteilungsrohr der
eingangs erwähnten Art zu schaffen, das auch bei größerer Länge eine weitestgehend
gleichmäßige Verteilung von Medien ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen,
daß das Verteilungsrohr einseitig verschlossen ist und daß der Querschnitt der Queröffnungen
in der - bei Druckbeaufschlagung vom offenen Ende her entstehenden - Strömungsrichtung
zunimmt und in der - bei Sogbeaufschlagung vom offenen Ende her entstehenden - Strömungsrichtung
abnimmt.
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Dadurch sind die Durchtrittsmengen durch die jeweiligen
Queröffnungen
weitgehend gleich, so daß auch dementsprechend eine gleichmäßige Verteilung von
Fördermedium stattfindet.
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Dies gilt sowohl für eine Verteilung von Medium nach außen hin bei
Druckbeaufschlagung als auch für eine Sogbeaufschlagung, wo dann die Ansaugmenge
gleichmäßig auf die Rohrlänge der Verteilungsrohres verteilt ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Durchtrittsquerschnitte der
im Verlauf des Verteilungsrohres angeordneten Queröffnungen dem im Verlauf des Verteilungsrohres
vorhandenen Druckgefälle angepaßt sind. Die Größe der Queröffnungen nehmen dabei
etwa proportional mit dem Druckabfall zu, d. h., daß die Durchtrittsöffnungen dort
am größten sind, wo der geringste Druck und dort am kleinsten sind, wo der größte
Druck herrscht.
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Zweckmäßigerweise können wenigstens zwei Gruppen verschieden großer
Queröffnungen in Längsrichtung hintereinander vorgesehen sein, wobei die Öffnungen
einer Gruppe untereinander jeweils gleich groß sind und in Strömungsrichtung gesehen
die zweite Gruppe größere Öffnungen als die erste Gruppe aufweist usw. Durch diese
Maßnahme wird die Herstellung des Verteilungsrohres und insbesondere von deren Queröffnungen
vereinfacht.
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Trotzdem ist noch eine weitgehende Anpassung von Durchtrittsquerschnitten
der Queröffnungen zu dem jeweils dort herrschenden Druck vorhanden.
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Eine besonders gute Verteilung von Medium ist zu erwarten, wenn die
Gesamtfläche der Queröffnungen des Verteilerrohres der Größe der Querschnittsfläche
des Verteilerrohres bzw.
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dem lichten Querschnitt seiner Ein- bzw. Austrittsöffnung entspricht.
Dabei hat das Verteilungsrohr zweckmäßigerweise einen kreisförmigen Querschnitt.
Die Queröffnungen können Bohrungen sein, die besonders einfach herstellbar sind.
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Eine Variante der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung kann
darin bestehen, daß wenigstens ein Teil der
Queröffnungen in dem
Verteilerrohr, vorzugsweise alle Queröffnungen zu einem Schlitz verbunden sind,
dessen lichte Weite bei abnehmendem Druck zunimmt. Auch hierbei ist es vorteilhaft,
wenn die gesamte Durchtrittsfläche des Schlitzes der Querschnittsfläche des Verteilerrohres
entspricht.
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Diese Ausführungsform kann herstellungstechnisch vorteilhaft sein
und bietet eine kontinuierliche, praktisch unterbrechungslose gleichmäßige Verteilung
des Mediums.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, für den selbständiger
Schutz beansprucht wird, kann bei einem Verteilungsrohr für Heizkörper einer Heizung,
z. B. einer Dampfheizung, insbesondere mit mehreren parallelen Heizkörperrippen
oder -rohren, wobei das Verteilungsrohr vorzugsweise im unteren Bereich des Inneren
des Heizkörpers angeordnet ist und die Queröffnungen als Austrittsöffnungen ausgebildet
sind für den Durchtritt des Heizmediums, vorzugsweise Dampf aus dem Verteilungsrohr
in die einzelnen Heizkörperrippen od. dgl., dieses insbesondere dadurch gekenn#eichnet
sein,daß für jede Rippe wenigstens eine Queröffnung, für breite Rippen gegebenenfalls
zwei am Umfang des Verteilungsrohres gegeneinander versetzte, vorzugsweise auf derselben
Umfangslinie liegende, in Strömungsrichtung in ihrem Durchtrittsquerschnitt zunehmende
Queröffnungen vorgesehen sind. Insbesondere bei Dampfheizungen besteht das Problem,
die einzelnen Heizkörper möglichst gleichmäßig zu erwärmen. Durch die vorerwähnte
Anordnung sowie auch Ausbildung des erfindungsgemäßen Verteilungsrohres kann auf
einfache Weise diese gleichmäßige Erwärmung erzielt werden.
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Auch bei relativ geringem Dampfdruck, wie er bei gedrosselten Heizkörpern
entsteht, tritt dadurch selbst an den weiter weg liegenden Austrittsöffnungen etwa
gleich viel Dampf aus, wie an den dem Dampfeintritt näheren Austrittsöffnungen,
so daß die vorerwähnte gleichmäßige Erwärmung aller Heizkörperrippen erfolgt. Durch
die Anordnung des Verteilungsrohres im unteren Bereich des Heizkörpers steigt der
Dampf od. dgl.
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Medium aus den Öffnungen nach oben, so daß die Erwärmung
der
Heizkörperrippen auch in physikalisch günstiger Weise von unten nach oben und somit
entsprechend gleichmäßig erfolgt, während das kondensierende Wasser innerhalb der
Rippen von oben nach unten wieder ablaufen kann.
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Zweckmäßigerweise ist der sich vorzugsweise konisch erweiternde Austrittsschlitz
bzw. die Queröffnungs-Reihe(n) bei Anordnung des Verteilungsrohres im unteren Bereich
eines Heizkörpers od. dgl. an dessen Oberseite angeordnet. Der Dampf wird somit
gleich in der vorgesehenen Verteilungsrichtung ausgestoßen.
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Vorteilhafterweise kann an der Heizmittelzuführleitung ein Thermostat-gesteuertes
Ventil vorgesehen sein. Dadurch ist eine Temperatur-Vorwahl auch auf niedrigem Niveau
möglich, wobei dennoch der gesamte Heizkörper im wesentlichen gleichmäßig erwärmt
wird.
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Der Außenquerschnitt des Verteilungsrohres kann gleich oder kleiner
der lichten Weite des Anschlußstopfens des Heizkörpers sein, so daß die Montage
einfach ist. An der Unterseite des Verteilungsrohres kann wenigstens eine Abflußöffnung
für Kondensat und an dem Heizkörper selbst wenigstens ein Kondensatablauf vorgesehen
sein. Kondensiert der Dampf teilweise schon innerhalb des Verteilerrohres, kann
dieses Wasser auf die vorbeschriebene Weise von selbst ablaufen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung
kann darin bestehen, daß das Verteilungsrohr vorzugsweise oberhalb eines Kondensatabflusses
in Längsrichtung eines gegebenenfalls glatten Heizeinsatzes für einen Warmwasserbereiter
ausgebildet ist. Solche Heizkörper für Warmwasserbereiter bestehen in der Regel
aus Rohrschlangen, die bei einem Betrieb mit Dampf an ihrem Eintritt eine sehr hohe
Temperatur haben, im weiteren Verlauf aber in ihrer Temperatur aufgrund der gewünschten
Wärmeabgabe mehr und mehr abnehmen.
Dies hat zur Folge, daß diese
Rohrschlangen häufig vor allem in ihrem Eintrittsbereich frühzeitig zerstört werden.
Darüber hinaus ergibt sich wiederum keine gleichmäßige Wärmeabgabe und Erwärmung.
Hier schafft die Erfindung durch die vorbeschriebene Zusatzmaßnahme wiederum Abhilfe,
weil durch das erfindungsgemäße Verteilungsrohr- eine gleichmäßige Erwärmung stattfindet,
was auch innerhalb eines Heißwasserbereiters zu einer entsprechend gleichmäßigen
Temperatur führt. Dabei kann der Heizeinsatz vom Dampfeintritt und Kondensatabfluß
aus in das Innere des Warmwasserbereiters eine Steigung von etwa 2 % haben. Dies
führt vor allem zu einem problemlosen Abfluß des Kondensates auf der Seite des Dampfeintrittes.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, für den selbständiger
Schutz beansprucht wird, kann das Verteilungsrohr als Saugrohr mit der Saugseite
einer Pumpe, z. B. für eine Wasserversorgungsanlage verbunden sein, wobei dann erfindungsgemäß
die Queröffnungen in ihrem Durchtrittsquerschnitt vom Saugstutzen od. dgl. der Pumpe
zum verschlossenen Ende des Verteilungsrohres zunehmen. Dadurch ist bezüglich der
Ansaugmenge eine gleichmäßige Verteilung auf die Länge des Verteilungsrohres gegeben.
Insbesondere beim Ansaugen nahe unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels kann dadurch
das Mitansaugen von Luft durch die sonst häufig auftretende Trichterbildung vermieden
werden.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen
aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand
der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen
Heizkörper mit mehreren parallelen Rippen, in deren unteren Bereich ein Verteilungsrohr
angeordnet ist,
Fig. 2 in schematisierter Darstellung einen Längsschnitt
durch einen Warmwasserbereiter mit einem Heizkörpereinsatz mit erfindungsgemäßem
Dampfverteilungsrohr, Fig..3 in vergrößertem Maßstab ein Verteilungsrohr mit als
Bohrungen ausgebildeten Queröffnungen, die gruppenweise innerhalb einer Gruppe gleiche
Größe haben, aber von Gruppe zu Gruppe in Strömungsrichtung in ihrem Durchmesser
zu- bzw. abnehmen, Fig. 4 ein Verteilungsrohr mit zu einem sich konisch erweiternden
Schlitz verbundenen Queröffnungen Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung
eines Wasservorratsbehälters mit angeschlossener Pumpe zum Entleeren des Behälters
und Fig. 6 einen Querschnitt eines Verteilungsrohres gem.Fig.5.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Verteilungsrohr 3 als eine Anwendungsmöglichkeit
innerhalb eines im ganzen mit 1 bezeichneten Heizkörpers für eine Dampfheizung eingebaut.
Dieser Heizkörper 1 hat mehrere parallele Heizkörperrippen 2, die bei einem Heizregister
für einen Lufterhitzer auch als Rippenrohre ausgebildet sein können. Im unteren
Bereich befindet sich im Inneren des Heizkörpers 1 das Verteilungsrohr 3, das Queröffnungen
4 für das Austreten von Dampf aus dem Verteilungsrohr 3 in die einzelnen Heizkörperrippen
2 oder Rohre hat. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Größe der Queröffnungen
4 an dem Verteilungsrohr 3 vom Dampfeintritt 5 aus in Strömungsrichtung (Pf 1) zunimmt.
Dadurch wird ausgeglichen, daß im Verlauf des Dampfverteilungsrohres ein, Druckabfall
auftritt, der sonst dazu führen würde, daß an den in Strömungsrichtung hinteren
Queröffnungen 4 weniger oder bei gedrosselter Heizung kein Dampf mehr austritt,
so daß die letzten Rippen 2 des Heizkörpers weniger oder gar nicht warm würden.
Die Größe der Austritts-Queröffnungen 4 nimmt zweckmäßigerweise im Verhältnis des
Druckabfalles
innerhalb des Verteilungsrohres 3 zu. Die Größe der
Queröffnungen 4 ist also umgekehrt proportional dem jeweiligen Druck bei einer Queröffnung
4 innerhalb des Verteilungsrohres 3.
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Für eine vereinfachte Herstellung.können wenigstens zwei, vorzugsweise
drei Gruppen von verschieden großen Austritts-Queröffnungen 4 in Längsrichtung hintereinander
vorgesehen sein, wobei die Öffnungen einer Gruppe untereinander jeweils gleich sind,
in Richtung des Druckabfalles gesehen die zweite Gruppe jedoch größere Öffnungen
als die erste Gruppe aufweist usw. Auch die Zahl der gleichgroßen Öffnungen einer
Gruppe kann gegebenenfalls variieren. Zweckmäßigerweise ist jedenfalls die Gesamtfläche
aller einzelnen Queröffnungen 4 des Verteilungsrohres 3 gleich der Größe der lichten
Querschnittsfläche des Verteilungsrohres 3 selbst. Dabei hat dieses im Ausführungsbeispiel
einen kreisförmigen Querschnitt und auch die Öffnungen 4 sind als Bohrungen ausgeführt.
Falls die Rippen 2 sehr breit sind können gegebenenfalls am Umfang des Verteilungsrohres
bei jeder Rippe auch wenigstens zwei Öffnungen 4 gegeneinander versetzt vorgesehen
sein.
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Der Außenquerschnitt des Verteilungsrohres 3 ist gleich oder kleiner
der lichten Weite des Anschlußstopfens 6 des Heizkörpers 1, so daß die Montage dieses
Rohres sehr einfach ist.
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An der Unterseite des Verteilungsrohres sind Abflußöffnungen 7 für
Kondensat vorgesehen, welches sich im Verteilungsrohr 3 eventuell bildet. Der Heizkörper
selbst hat einen Kondensatablauf 8.
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In Fig. 2 ist ein etwas anderer Anwendungsfall gezeigt, wobei ein
Heizkörper als glatter Heizeinsatz 10 für einen Warmwasserbereiter 11 ausgebildet
ist, in dessen Längsrichtung das Verteilungsrohr 3 vorzugsweise oberhalb des Kondensatabflusses
(Pf 2) angeordnet ist. In diesem Falle ergibt sich
durch die erfindungsgemäße
Ausbildung des Verteilungsrohres 3 mit den Queröffnungen 4 wiederum eine sehr gleichmäßige
Erwärmung des Heizkörpers bzw. des Heizeinsatzes 10, was zu einer entsprechend gleichmäßigen
Erwärmung innerhalb des Warmwasserbereiters 11 führt. Eine übermäßige Wärmebelastung
insbesondere im Eintrittsbereich, wie sie bei einer Heizschlange auftritt, wird
elegant vermieden. Dennoch ergibt sich eine weitgehend gleichmäßige Erwärmung des
gesamten Wassers innerhalb des Warmwasserbereiters 11, selbst wenn diese Erwärmung
auf einem niedrigen Temperaturniveau erfolgt.
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Dabei hat der Heizeinsatz 10 vom Dampfeintritt 5 her und vom Kondensatabfluß
8 aus, die beide auf der gleichen Seite liegen, eine in das Innere des Warmwasserbereiters
aufsteigende Steigung von etwa 2 %.
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Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Druckabfalles in dem
Verteilungsrohr mit Hilfe entsprechend zunehmender Austrittsöffnungen kann gewissermaßen
eine Dampfdusche in den Heizkörpern 1 oder 10 erzeugt werden, die zu einer sehr
gleichmäßigen Erwärmung führt. Dabei können die Heizkörpertemperaturen beliebig
gewählt werden und z. B. weniger als 300 oder mehr als 950 haben. Es ist also eine
schnelle Aufheizung möglich, was z. B. bei Wochenendhäusern, Versammlungsstätten,
Schwimmbädern u. dgl. von Vorteil ist. Dennoch besteht bei Frost keine Gefahr durch
Wasserschäden, so daß die Heizung auch im Winter z. B. bei längerer Abwesenheit
außer Betrieb gesetzt werden kann, was zu er.+sprechender Brennstoffeinsparungen
führt. Durch die Anordnung des Verteilungsrohres im unteren Bereich wird auch bei
Lufterhitzern mit Außenluftansaugung eine Einfriergefahr praktisch ausgeschlossen,
da es keinen kalten Kondensatablauf gibt.
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In stromerzeugenden Betrieben kann dieses Heizsystem. auf einfache
Weise durch die Abwärme betrieben werden.
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Bei Verwendung dreier Bohrungsgruppen an dem Verteilungsrohr kann
beispielsweise die erste bis siebte Bohrung 2,5 m
Durchmesser haben,
während die acte bis vier e Bohrung 3,5 mm und die fünfzehnte bis z. B. zwanzigste
,rund etwa 4 mm Durchmesser haben kann, Dies richtet sich Joch nach dem Querschnitt
der Dampfleitung, dem Dampfdruc. und dem verwendeten Verteilungsrohr, wobei auch
dessen Werkstoff und Formgebung für den Druckabfall eine Rolle spielen kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht jede Gruppe von gleichen
Queröffnungen 4 aus zwei derartigen Öffnungen.
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Die Queröffnungen der ersten Gruppe haben dabei einen Durchmesser
von 3 mm, die nächsten einen Durchmesser von 3,5 mm, dann folgt ein Durchmesser
von 4 mm, danach folgt 4,5 mm, 5 mm und schließlich ist der Durchmesser der letzten
beiden Queröffnungen 4 5,5 mm. Andere Variationen und Anordnungen sind möglich.
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Eine Variante der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung kann
darin bestehen, daß wenigstens ein Teil der Queröffnungen 4 in dem Verteilungsrohr
3, gemäß. Fig. 4 vorzugsweise alle Queröffnungen zu einem Schlitz 12 verbunden sind,
dessen lichte Weite bei abnehmendem Druck ~in dem Vert.eilungsrohr 3 zunimmt. Dabei
ist der sich im Ausführungsbeispiel konisch erweiternde Schlitz 12 an der Oberseite
des Verteilerrohres 3 angeordnet, so daß bei Einsatz in einer Heizung gemäß Fig.
1 der Dampf nach oben -in die einzelnen Heizkörperrippen austreten kann. Die gesamte
Durchtrittsfläche des Schlitzes 12 kann dabei wiederum der Querschnittsfläche des
Verteilungsrohres 3 entsprechen.
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Es sei noch erwähnt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verteilungsrohres
3 Heizkörper für eine Schwerkraft-Dampfheizung verwendbar sind, bei der kein Druckerzeuger
für die thermische Umwälzung notwendig ist. Vielmehr kann mit Hilfe des Dampfes
ein thermischer Auftrieb erzeugt werden, bei welchem die von dem Dampf erwärmte
Luft hochsteigt, während die kalte, schwerere Luft nach unten sinkt. Aufgrund der
Ausbildung
des Heizkörpers ist dabei auch eine sehr präzise und feine Regelung über Thermostatventile
mit losen Fühlern und Voreinstellungen möglich. Bei dem Schlitz 12 erkennt man noch
strichlinierte Querstege, die ggf. zur mechanischen Stabilisierung vorgesehen sein
können.
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Ein weiterer Anwendungsfall ist in Fig.5 dargestellt. Hier ist das
Verteilungsrohr 3a innerhalb eines Wasservorratsbehälters 20 angeordnet und als
Saugrohr mit einer Pumpe 21 verbunden. Erfindungsgemäß nehmen hier bei Verwendung
von Queröffnungen 4 diese mit ihrem Durchtrittsquerschnitt vom verschlossenen Ende
22 zum offenen Ende pumpenseitig ab. Dadurch ist praktisch in Umkehrung wie beim
Einsatz eines Verteilungsrohres 3 bei einer Heizung eine Anpassung an die im Verlauf
des Verteilungsrohres 3a vorhandenen unterschiedlichen Saugdrücke gegeben. Nahe
bei der Pumpe 21, wo die Saugleistung besonders groß ist, werden die Queröffnungen
4 kleiner vorgesehen als weiter in Richtung zu dem verschlossenen Ende 22.
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Bei diesem Anwendungsfall ist bevorzugt ein Schlitz 19 vorgesehen,
der an der Unterseite des Verteilungsrohres 3a angeordnet ist. Bei dem Schlitz 12
sind, wie in Fig. 5 und 6 erkennbar, die Längsbegrenzungen des Schlitzes 12 durch
etwa radial nach außen gebogene Seitenflanken 22 gebildet.
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Ein wesentlicher Vorteil bei dem in Fig.5 gezeigten Anwendungsfall
besteht darin, daß auch bei größerer Saugleistung der Pumpe 21 und insbesondere
niedrigem Wasserstand innerhalb des Wasservorratsbehälters 20 ein Luftansaugen vermieden
wird, da die Gesamtsaugmenge über die ganze Länge des Verteilungsrohres 3a verteilt
ist. Bei Ansaugung über eine einzige, z.B. dem Querschnitt des Verteilungsrohres
3a entsprechende Öffnung würde es dagegen leicht zu einer Trichterbildung im Wasser
und einer Luftansaugung kommen. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Verteilungsrohres
3a ist die zur Verfügung stehende Wassermenge bei Vermeidung einer Luftansaugung
etwa um den Durchmesser des Verteilungsrohres 3a größer als bei herkömmlichen Anordnungen.
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Insbesondere bei Ausbildung des Schlitzes 12 mit Seitenflanken 22
wird dieses Luftansaugen besonders sicher auch bei niedrigem Wasserstand vermieden.
In Anbetracht der meist sehr großvolumigen Wasservorratsbehälter 20 z.B. von Wasserversorgungsanlagcn
ist dadurch eine wesentlich bessere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Volumens
gegeben.
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Die vorerwähnten Seitenbegrenzungen des Schlitzes 12 durch lappenartige
Seitenflanken 22 können gemaß einem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gebildet
werden, daß ein Rohr zunächst längsgeschlitzt und danach die freien Längsbegrenzungsseiten
ents#rechend der Breite und Konizität des Schlitzes (12) nach außen gebogen werden.
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Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten
Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
miteinander wesentliche Bedeutung haben.