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Vorrichtung zum Heizen und Kühlen von Räumen, bei welcher ein von
einem Heiz- bzw. Kühlmittel durchströmtes Rohrsystem durch ein Gebläse mit Luft
beaufschlagt wird Es sind Vorrichtungen, die wechselweise zum Heizen oder Kühlen
von Räumen benutzt-werden, bekannt, die aus einem Rohrsystem mit oberer und unterer
Wasser- bzw. Dampfkammer bestehen und bei welchen die zu erwärmende bzw. zu kühlende
Luft durch ein Gebläse das Rohrsystem beaufschlagt.
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Bei Vorrichtungen dieser Art, die in der Hauptsache zu Heizzwecken
benutzt werden sollen, verwendet man meist ein System parallel geschalteter Rohre
oder Rohrgruppen, durch welche der Dampf gleichzeitig hindurchgeht, also einen verhältnismäßig
großen Querschnitt bei vergleichsweise geringer Weglänge gleichzeitig durchströmt.
Man hat erkannt, daß diese Apparate mit parallel geschalteten Heizrohren für eine
Beaufschlagung mit Kühlwasser nicht sonderlich geeignet sind, weil sich wegen der
gänzlich anderen Wärmeaustauschverhältnisse zwischen Wasser und Luft nur eine sehr
geringe Kühlwirkung ergibt. Die Ursache besteht darin, daß Wasser bei gleichen Volumen
einen bedeutend größeren Wärmeinhalt hat als Dampf, -so daß der Querschnitt für
die Wasserströmung viel zu groß und die Wassergeschwindigkeit und daher auch der
Wärmeübergang in den Rohren verhältnismäßig zu gering ist.
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Man hat daher vorgeschlagen, bei solchen abwechselnd zu Heiz- und
Kühlzwecken dienenden Apparaten von der Parallelschaltung der-Rohre abzusehen und
die Rohre in mehrere hintereinandergeschaltete Rohre oder Rohrgruppen aufzuteilen,
die dann vom Heizdampf oder dem Kühlmittel - nacheinander durchströmt werden. Eine
solche Hintereinanderschaltung erhält man in einfacher Weise dadurch, daß man die
an den Enden der Rohre vorgesehenen Dampf- bzw. Wasserkammern durch Scheidewände
unterteilt. Man erhält auf diese Weise eine Einrichtung, die lediglich den Arbeitsbedingungen
für Kühlbetrieb, also den Wärmeübertragungsverhältnissen für die Kühlflüssigkeit,
angepaßt ist, während sich für Heizbetrieb unnötig lange Dampfwege und zu große
Geschwindigkeiten ergeben.
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Erfindungsgemäß werden -den oberen und unteren Dampf- bzw. Wasserkammern
Regelorgane zugeordnet, welche die bei Beschikkung mit Heizdampf zweckmäßige Parallelschaltung
der Rohre oder Rohrgruppen in eine Hintereinanderschaltung umwandeln, wenn eine
Beschickung mit Kühlwasser stattfindet. Es wird also hierbei sowohl für Kühlals
auch für Heizbetrieb derselbe Apparat benutzt.
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An sich sind Wärmeaustauscher der von der Erfindung benutzten Art
bekannt, und zwar als Rauchgasvorwärmer oder Heizvorrichtungen
zur
Ausnutzung der Wärme von Feuerungsabgasen. Bei diesen Vorrichtungen werden die Rohre
dauernd von demselben Medium durchströmt, dienen also nur zum Heizbetrieb. Bei einer
bekannten, Einrichtung dieser Art dient diese Umschaltbarkeit des Systems von Parallelschaltung
auf Hintereinanderschaltung dem Zwecke, bei Parallelschaltung einen geringen Widerstand
zu erhalten, der sich für das Anheizen eignet oder für Fälle, in welchen ein sehr
starker Zug für die Heizung erforderlich ist. Die Hintereinanderschaltung soll sich
für solche Fälle eignen, in welchen ein starker Zug nicht erforderlich ist und es
auf eine weitgehende Ausnutzung der Wärme ankommt.
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Die Erfindung besteht demgegenüber darin, derartige Wärmeaustauscher
zur Lösung einer neuen, bisher auf diese Weise ungelösten Aufgabe heranzuziehen,
indem erkannt wurde, daß auf diese Weise den verschiedenartigen wärme- und betriebstechnischen
Anforderungen der Vorrichtung bei Heizbetrieb einerseits und bei Kühlbetrieb andererseits
in vollkommener Weise Rechnung getragen wird: Ein Vorteil der Erfindung besteht
noch darin, daß man den Dampf bei Parallelschaltung in an sich bekannter Weise nach
abwärts strömen lassen kann. Es ergibt sich auf diese Weise bei Heizbetrieb eine
wirtschaftlichere Arbeitsweise als bei den bekänfiten Vorrichtungen, bei welchen
sowohl der Dampf als auch das Kühlmittel hintereinandergeschaltete Rohre durchströmen
muß,-und zwar deshalb, weil dann der Dampf bezwungen ist, in einzelnen' Rohren nach
aufwärts zu strömen, wobei das Kondensat entgegen der Dampfrichtung' an der Rohrwandung
herunterlaufen muß und so durch die entstehende Wasserhaut den Wärmeaustausch beeinträchtigt.
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Baulich kann der Erfindungsgedanke auf verschiedene Weise verwirklicht
werden. So ist es beispielsweise möglich, daß die Scheidewände in der- bei Wärmeä.ustaüschern
an sich bekannten Weise in den Endkammern Durchbrechungen erhalten, welche durch
Absperrorgane verschlossen werden, sobald bei Kühlbetrieb eine Hintereinanderschaltung
erforderlich ist, während die Absperrorgane zwecks Verbindung der einzelnen Abteile
der Kammern bei Heizbetrieb geöffnet werden, so daß die Rohre sich also in Parallelschaltung
befinden. Die Absperrorgane können hierbei in ebenfalls an sich- bekannter Weise
zweckmäßig von einer gemeinsamen, senkrecht zu den Rohren angeordneten Bedienungsstange
von außen gesteuert werden.
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Eine andere Ausführungsform von besonderer einfacher und billiger
Bauart ergibt sich, wenn man jedes der durch die Scheidewände gebildeten Kammerabteile
mit einem besonderen Anschluß an die Heizmittelleitung versieht und dann diese Anschlüsse
durch ein oder mehrere Regelorgane nur bei Heizbetrieb an die Dampfzuleitung zwecks
Erzielung einer Parallelschaltung der Rohre anschließt, während bei Kühlbetrieb
nur das erste Kammerabteil an die Kühlmittelleitung angeschlossen ist. Bei dieser
Ausführungsform ist jedemHeizmittelanschluß zu den einzelnen Kammerabteilen ein
besonderes Absperrorgan zuzuordnen. Sämtliche Absperrorgane können durch ein gemeinsames
Gestänge gleichzeitig bedient werden.
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An sich ist es bei Wärmeaustauschern bekannt, mehrere parallel geschaltete
Zellen mit besonderen, mit Absperrorganen versehenen Anschlüssen an die Zuführungsleitung
für das Kühlmedium zu versehen. Doch dient diese Anordnung dazu, die Kammern teilweise
abschalten zu können. Eine Umschaltbarkeit auf Hintereinanderschaltung ist hierbei
nicht vorgesehen.
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Eine weitere Ausführungsform besteht darin, zwischen die Rohre und
die Endkammern als besonderes Zwischenstück eine mit Scheidewänden versehene, an
die Kühlmittelzu- bzw. -ableitung angeschlossene X ühlmittelkammer einzuschalten,
deren Einzelabteile mit in die Endkammern mündenden Durchbrechungen versehen sind,
die bei Kühlbetrieb durch Regelorgane geschlossen werden, wobei die letzteren auch
-wiederum durch ein gemeinsames Gestänge bedient werden können. Diese Ausführungsfornf
ist dann besonders zweckmäßig, wenn die Endkammern an sicheine geringe Bauhöhe besitzen
und man von den normalisierten Größen dieser Kammern nicht abweichen will.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in verschiedenen
Ausführungsformen schematisch im Aufriß dargestellt.
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Der Apparat besteht aus einer Anzahl parallel geschalteter Heizrohre
i, die zweckmäßig als elliptische Rippenrohre ausgebildet sind und der oberen und
unteren Dampf- bzw. W asserkammer z, welche mit Anschlüssen 3 und q. für den Heizmittel-
und Kühlmitteleintritt bzw. mit Öffnungen 5 und 6 für den Austritt des Kondensats
bzw. des Kühlwassers versehen sind. Die- Kammern sind durch Scheidewände 7 in einzelne
Abteile unterteilt, die gemäß Fig. i dadurch miteinander in Verbindung -stehen,
daß in den Scheidewänden Durchbrechungen 8 vorgesehen sind.
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Die Stellung nach Fig. i entspricht dem Heizbetrieb. Der bei 3 eintretende
Dampf tritt gleichzeitig in die einzelnen Abteile ein, so daß sich die Rohre in
Parallelschaltung befinden. - Der Austritt des Kondensats erfolgt in der unteren
Endkammer bei 5.
In den Kammern sind auf einer Stange 9 Absperrkörper
io in Form konischer Teller angeordnet, durch welche die Durchbrüche 8 verschlossen
werden, wenn die Stange mittels des Handrades i i nach rechts bewegt wird. Die Teller
io sind so bemessen, daß sie die Durchbrüche etwa ausfüllen, und auf der Stange
lose gelagert, um eine gleichzeitige Andrückung auf den Sitz zu ermöglichen.
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Bei Umstellung auf Kühlbetrieb werden die Absperrkörper in die Stellung
nach Fig.2 gebracht und das Ventil 12 sowie die Austrittsöffnung 5 für das Kondensat
geschlossen. Gleichzeitig wird das Ventil 13 für den Kühlwassereintritt geöffnet
ebenso wie der Austritt 6. Aus Fig. 2 geht hervor, daß nunmehr die einzelnen nebeneinanderliegenden
Rohre der verschiedenen Abteile sich in Hintereinanderschaltung befinden und vom
Kühlwasser in der Pfeilrichtung nacheinander durchströmt werden. Das Kühlwasser
legt also einen längeren Weg zurück als der Dampf bei der Betriebsweise gemäß Fig.
i.
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Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform. Hier sind die Endkammern
2 ebenso wie bei Fig. i und 2 durch Scheidewände 7 in einzelne Abteile unterteilt,
und jedes dieser Abteile steht durch ein Anschlußrohr 14 mit der Dampfleitung 15
in Verbindung, wobei Absperrorgane 16 in Form von Klappen o. dgl. eingeschaltet
sind, die durch ein Gestänge 17 gleichzeitig geöffnet oder geschlossen werden können.
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Die geöffnete Stellung entspricht der Arbeitsweise bei Heizbetrieb,
bei welcher die Rohrgruppen der einzelnen Abteile sich in Parallelschaltung befinden.
Soll auf Kühlbetrieb umgeschaltet werden, so werden die Absperrorgane 14 vermittels
des Gestänges 17 geschlossen, und es erfolgt der Eintritt des Kühlmittels ähnlich
wie bei Fig.2 an dem ersten Abteil der oberen Kammer und der Austritt am letzten
Abteil der untersten Kammer, so däß die Rohrgruppen der einzelnen Abteile hintereinandergeschaltet
sind.
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Eine weitere Ausführungsform ist durch Fig.4 und Fig. 5 veranschaulicht.
Hier ist zwischen die Endkammern :2 als besonderes Zwischenstück die Kühlmittelkammer
2' eingeschaltet, die durch Scheidewände 7' in einzelne Abteile unterteilt ist.
Dieses Zwischenstück besitzt Durchbrechungen 8', welche in die Endkammern 2 münden
und durch Klappen 18 verschließbar sind. Auch hier können wiederum die- Klappen,
an deren Stelle auch andere Organe treten können, durch Gestänge gemeinsam bedient
werden. Bei der Stellung der Klappen nach Fig. 4 ist der Apparat auf Heizbetrieb
eingestellt. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen 13' und 6' für das Kühlwasser sind
geschlossen, während der Dampf über das Einlaßventil 12 in die Kammer 2 und von
hieraus durch dieOffnungen8' gleichzeitig in die einzelnen Abteile der Zwischenkammer
2' eintritt, während das Kondensat bei 5' austritt.
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Für Kühlbetrieb werden die Klappen 18 gemäß Fig. 5 in Schließstellung
gebracht und ebenso die Ventile 12 und der Auslaß für das Kondensat 5' geschlossen,
während das Ventil 13' für den Kühlwassereintritt und der Austritt 6' geöffnet werden,
so daß das Kühlwasser zunächst in das linke Abteil der Zwischenkammer 2' eintreten
kann, um dann in Richtung der Pfeile die hintereinandergeschalteten Rohrgruppen
der einzelnen Kammerteile zu durchströmen, bis der Austritt bei 6' erfolgt.
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Zu erwähnen ist noch, daß beliebig viele solcher Rohrreihen, wie sie
die Schnittzeichnungen darstellen, hintereinandergeschaltet werden können. ' In
den Zeichnungen ist das Gebläse, welches die Luft im Gegenstrom durch das Rohrsystem
hindurchfährt, nicht dargestellt.