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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Heizleistung einer Heizanlage
Es sind Heizanlagen bekannt, bei welchen die Übertragung der Wärme in einem geschlossenen
System durch eine Flüssigkeit erfolgt, die in einem Verdampfer mit Wärmespeicher
verdampft und an der Wärmeverbrauchsstellekondensiert. Bei derartigen Heizanlagen
wurde die Heizleistung in der Weise geregelt, daß in der Verbindungsleitung vom
Verdampfer zur Wärmeverbrauchsstelle ein Regelorgan vorgesehen ist, durch dessen
Verstellung die Zuführung des Heizmittels zur Wärmeverbrauchsstelle verändert werden
kann. Eine derartige Regelung ist aber unwirtschaftlich, weil beim Abschließen der
Regelungsvorrichtung trotzdem weiter Wärme aus dem Wärmespeicher an das Heizmittel
abgegeben wird, und sie ist ferner gefährlich, da der Druck im Kessel m einer unter
Umständen den Kessel gefährdenden Weise steigen kann.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß der Rückfluß des Kondensats von
der höher gelegenen Verbrauchsstelle zu dem tiefer liegenden Verdampfer geregelt
wird, wodurch mittelbar die Regelung der Heizleistung erfolgt. Eine solche Regelung
hat bei dem geschlossenen System zur Folge, daß nach dem Absperren des Regelungsorgans
kein Kondensat mehr in den Verdampfer gelangen kann, so daß damit die Wärmeübertragung
aus dem Verdampfer bald ,aufhört. Man hat dann lediglich Sorge dafür zu tragen,
daß der Verdampfer mit seinem Speicherblock zweckmäßig isoliert ist, um praktisch
jeden weiteren Wärmeverlust zu verhüten. Eine Gefährdung des Verdampfers kann dabei
nicht eintreten, da dieser in dem Speicherblock angeordnet ist und somit auch bei
Flammenheizung nicht unmittelbar der Berührung mit den Flammen ausgesetzt ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann nun derart durchgeführt werden,
daß in die Verbindung zwischen Heizstelle und Verdampfer ein von Hand heb- oder
senkbarer elastischer Rohrbogen eingeschaltet ist, der das Wärmeübertragungsmittel
in gehobener Stellung sammelt und in gesenkter Stellung zum Verdampfer fließen läßt.
Man kann aber auch die Anordnung so treffen, daß das den Flüssigkeitsumlauf steuernde
Organ, z. B. ein Ventil, außerdem selbsttätig bei steigendem Druck der Übertragungsflüssigkeit
geschlossen wird.
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Weiterhin kann gemäß der Erfindung bei Anlagen, bei denen das Wärmeübertra.gungsmittel.
von einem Zentralspeicherblock mehreren Wärmeverbrauchsstellen zugeführt wird, jede
derselben mit einem Regelventil versehen sein, und es wird dann in der gemeinsamen
Rückleitung von diesen -Regelventilen zum Verdampfer ein diese Leitung steuerndes
Hauptregelventil vorgesehen,. das gleichzeitig als Rückschlagventil ausgebildet
ist, so daß
beim Schließen aller Einzelventile selbsttätig der Unterdruck
in der Kondensleitung das Hauptventil schließt. Auch dadurch wird jede unbeabsichtigte
Wärmeübertragung vermieden.
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Dem Zwecke der Erfindung, eine möglichst schnelle und wirtschaftliche
Regelung zu erzielen, dienen noch einige weitere Einrichtungen. So erhält erfindungsgemäß
die Verdampferröhre zweckmäßig einen größeren Querschnitt als das übrige Rohrsystem,
wodurch erreicht wird, daß die Verdampferröhre nicht ganz voll ist, wodurch die
Verdampfung schnell und ohne Stöße vor sich geht und der Dampf getrocknet und gegebenenfalls
überhitzt wird.
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ZurErreichung des gleichen Zieses kann auch; erfindungsgemäß, wenn
mehrere Heizröhren im Speicher übereinanderliegen, !der Flüssigkeitsspiegel der
oberen Röhren durch einen Überlauf geregelt werden, ider im Zulaufrohr
jeder Heizröhrenstufe eingebaut ist und @es ermöglicht, die verschiedenen
Röhren gleichmäßig und schnell mit Flüssigkeit zu beschicken.
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Endlich kann noch ein Heizkörper, der aus einem waagerechten Rohrsystem
besteht, erfindungsgemäß so ausgebildet werden, daß die Dampfzuführung höher liegt
als die Abführung des Kondensats, um ein Rückfließe. des Kondensats in die Dampfleitung
zu verhüten und damit wiederum eine schnelle und wirtschaftliche Regelung zu erzielen.
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Wird als Wärmeübertragungsmitte1 Wasser bzw. Wasserdampf benutzt,
so befindet sich dieser bei 374° C Siedetemperatur bereits im kritischen Zustand
und weist den hohen Druck von über zoo Atm. auf. Infolgedessen ist @es notwendig,
die Einzelteile der Anlage so zu gestalten, daß sie derartigen Drücken gewachsen
sind. Man kann die Beanspruchungen auf das System allerdings herabsetzen, wenn man
Wärmeübertragungsmittel benutzt, die bei Gebrauchstemperaturen von 35o bis 450'
C noch niedrige Drücke haben und dabei einen niedrigen Gefrierpunkt aufweisen. Solche
Körper sind Quecksilber, Glycerin, Leinöl und Diphenyloxyd.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar
in Fig. i einen Aufriß einer Heizanlage gemäß der Erfindung mit elektrischer Beheizung,
in.
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Fig, z einen senkrechten Schnitt durch das selbsttätige Ventil, in
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Bratrostes als Heizkörper und in Fig.4
eine Heizanlage gemäß der Erfindung in senkrechtem Schnitt mit Beheizung durch Brennstoff.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i liegt im Speicherblock i die Verdampferspirale
2, von der eine Dampfleitung 1 zur Heizstelle 3 führt. Diese ist mit dem
Flüssigkeitsverschluß (verbunden, an den sich der aus den biegsamen Röhren
e und t gebildete Rohrbogen anschließt, von dem aus ein Rohr c wieder
zurück zur' Verdampferspirale z führt. Der Rohrbogen wird von einer Klemme d umfaßt,
die mittels des Lenkers 4 durch den Hebela gesteuert wird. Wenn der Hebeln sich
in der in gestrichelten Linien dargestellten unteren Stellung befindet, so befindet
sich die Klemme d mit dem Rohrbogen e, t in der in gestrichelten Linien gezeichneten
oberen Stellung, in welcher der Rohrbogen den Abfluß des Kondensats nach der Verdampferspirale
verhindert, so daß sich das Kondensat in dem Rohre vor dem Rohrbogen sammelt und
eine weitere Verdampfung eingestellt wird. Befinden sich dagegen die Teile in der
in vollen Linien gezeichneten Stellung, so kann das Kondensat nach dem Verdampfer
wieder zurückfließen, und der Kreislauf des Wärmeträgers beginnt von neuem. Somit
ist die in der Zeichnung in vollen Linien dargestellte Stellung die Stellung zum
Heizen, während in der gestrichelten Stellung die Heizwirkung abgeschaltet ist.
Ebenso kann man durch Zwischenstellungen des Hebels entsprechend verminderte Heizwirkungen
erzielen.
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Der Verdampfer a besteht aus einer im Speicherblock eingegossenen
waagerechten Rohrspirale, die größeren Durchmesser hat als das übrige Rohrsystem,
so daß die Flüssigkeitsmenge des Wärmeträgers sich auf die ganze Länge der Rohrschlange
verteilt und selbst bei voller Einschaltung nicht die ganze Höhe des Querschnitts
füllt. Dadurch geht die Verdampfung schnell und ohne Störungen, insbesondere Stöße,
vor sich, der Dampf wird getrocknet und gegebenenfalls überhitzt. Die Heizstelle
ist entsprechend eine Rohrschlange, die offenliegt oder in Aluminium oder Gu13-eisen
eingegossen ist. Speicherblock, Verbindungsrohre, Heizstelle usw. sind in üblicher
Weise gegen Wärmeverlust isoliert.
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Der Speicherblock ist an Stahlseilen oder Stahlstangen c aufgehängt,
so daß die Übertragungsverluste denkbar gering sind. Es ist ferner vor und hinter
ihm je ein Heißwasserbehälter 5 angeordnet, die den größten Teil der Verlustwärme
des Blockes abfangen. Das die beiden Heißwasserbehälter verbindende Kupferblech
l fängt die nach unten gehende Verlustwärme ab und leitet sie nach den Heißwasserbehältern.
Der Speicherblock wird durch den elektrischen Heizkörper lt. beheizt. Außerdem
kann noch ein Reserveheizkörper h' und eine Reserveverdampferspirale 36 vorgesehen
sein. DerHeißwasserbehälter 5 kann auch Ringform haben und den Speicherblock ringförmig
umschließen.
Wenn die Heizstelle als Bratrost verwendet -werden
soll, so ist es wegen der großen Anheizverluste nicht empfehlenswert, das Rolir
in Metall einzubetten. Vielmehr eignet sich dann am besten die aus Fig.3 ersichtliche
Ausbildungsform. Diese besteht aus dem Dampfrohr 6, welchem der verdampfte Wärmeträger.
über den hochgezogenen Bogen 7 zugeführt wird. In dieses Rohr 6 münden mehrere parallel
und ,annähernd waagerecht liegende Querrohre 8, die ihrerseits wiederum in ein senkrecht
dazu stehendes, waagerechtes Ableitrohr 9 münden, von dem aus der abgekühlte Wärmeträger
wieder dem Verdampfer zugeführt wird.
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Die Rohre B können vorzugsweise gegen das Ableitrohr 9 leichten Fall
haben. Der Bogen 7 verhütet, daß das Kondensat zum Verdampfen zurückfließen kann.
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Durch diese Ausbildungsform der Heizstelle werden große Strahlungsflächen
bei geringem Gewicht erzielt und andererseits die Anheizverluste verringert.
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Statt der beschriebenen Einrichtung mit dem biegsamen Rohrbogen
e, t kann auch in der Rückleitung für den Wärmeträger von der Heizstelle
zum Verdampfer das aus Fig. 2 ersichtliche Ventil eingeschaltet sein. In den Behälter
i o tritt das Kondensat durch das Rohr r ein, das mit der Heizstelle verbunden ist,
während es durch den Kanals dem Verdampfer wieder zufließt. Dieser Kanal wird durch
ein Regelventil v gesteuert, das in einem federnden runden Bügel i i sitzt. Dieser
ist an dem Schaft h befestigt, der ian seinem anderen Ende eine Scheibe 12 aufweist,
welche in einer Bohrung 13 des Gehäuses auf und ab beweglich ist. Gegen diese
Scheibe legt sich eine Spiralfeder o, gegen deren anderes Ende sich wieder ein in
der Führung 13 beweglicher Teller p legt, der durch den Exzenter q verstellt -werden
kann. Dieser Exzenter kann durch einen Handhebel gedreht werden. Ferner greift an
den Schaft h eine ihn dicht abschließende Rohrmembran nt an, deren oberes Ende bei
it am Gehäusekörper dampfdicht befestigt ist.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: ZVird durch Drehung des Exzenters
die Scheibe p .abwärts gedrückt, so drückt sie mittels der Feder o die Scheibe i
2, den Schaft k und das Ventil v nach unten, so daß das Ventil geöffnet ist. Je
nach dein Umfang der Drehung des Exzenters kann das Ventil nach Belieben weiter
oder enger geöffnet bzw. geschlossen werden. Außerdem wirkt auf das Ventil i, der
Druck des Rohrsystems, da bei steigendem Druck im Gehäuse i o die Membran nt zusammengedrückt
wird und den Schaft k aufwärts entgegen der Wirkung der Feder o bewegt, so daß das
Ventil v selbsttätig ganz oder teilweise geschlossen -werden ]rann, bis der Druck
wieder gesunken ist. Das Spiel der Feder o ermöglicht es, daß die selbsttätige Wirkung
unabhängig von der je-
weiligen Verstellung von Hand erfolgen kann.
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Das Regelventil nach Fig.2 kann auch ohne die Feder o und die Scheibe
p ausgeführt werden, welche vorwiegend den Zweck haben, den Druck in gewissen Grenzen
zu halten. In diesem Falle wird die Flüssigkeitsmenge in jedem Rohrsystem derart
bemessen, daß, selbst wenn .alle Flüssigkeit verdampft ist, der auftretende Druckeine
gewisse Höhe nicht übersteigen kann. Die Flüssigkeitsmenge muß dann in einem gewissen
Verhältnis stehen zum Gesamtvolumen des Rohrsystems einschließlich des Behälters
io.
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Fig. 4 zeigt nun eine von der Zentralstelle versorgte Heizanlage mit
Beheizung durch Brennstoff. Der Speicherblock 14 weist Kanäle 15 auf, durch
welche die Verbrennungsgase durch den Speicherblock hindurchziehen, und nimmt außerdem
die Verdampferspiralen 16, 17, 18 auf. Von diesen aus geht
die Dampfsteigeleitung i9 zu den einzelnen Wärmeentnahmestellen, zu denen Dampfabnveigleitungen
2o über Kniee 2 i führen. Von der Heizstelle 22 aus fließt das Kondensat durch das
Regelventil 23 zur Kondensabzweigleitung 2q., über den ansteigenden Bogen 25 zur
Kondenssteigeleitung 26, in der ein Sammler 27 eingebaut ist, von dem ein Rohr 28
zu dem noch zu beschreibenden Sammelventil 29 führt, von dem aus das Kondensat durch
die Leitung 3o dem Kopf z der Verdampferspirale 16 zugeführt wird. Die Ventile 23
@entsprechen dem Ventil in Fig. 2 und sind die Absperrventile der einzelnen Heizstellen.
Das Ventil 29 entspricht in seinem Aufbau im wesentlichen dem Ventil nach Fig.2;
jedoch ist hier eine Ausführungsform mit einer Plattenmembran 31 dargestellt, die
einen Führungskörper 32 trägt, in welchem sich eine schwache Feder 33 befindet,
die gegen den i Kopf 34 eines Regelventils 35 wirkt, so daß letzteres, das den Zugang
zur Röhre 3o steuert, gleichzeitig als Rückschlagventil dient. Die Einrichtung arbeitet
wie folgt: Der Wärmeträger verdampft in den Röh- i ren 16, 17i 18, wird dann
in der beschriebenen Weise denjenigen Heizstellen 22 zugeführt, deren regelbare
Ventile 23 geöffnet sind, und strömt dann dem Behälter 27 und durch das Rohr 28
dem Hauptventil 29 zu und wie- i der durch das Rohr 30 in die Verdampferspiralen
16, 17, 18 zurück. Auf diese Weise -wird der Dampf des Wärmeträgers den einzelnen
Wärmeentnahmestellen, z. B. Küchen, zugeführt, während der Speicherblock beispielsweise
im Keller aufgestellt ist. Die Abzweigung 2 i von der Dampfsteigeleitung i9
zu
der jeweiligen Kochstelle ist etwas höher gelegt, da sich bei Betriebspausen Heizstelle
und Abzweigleitung durch Leitungsverluste mit Kondensat füllen, um dann dauernde
Verluste zu vermeiden. Ebenso ist die Kondensabzweigeleitung 24 so angeordnet, daß
die Abzweigung etwas tiefer liegt als die niedrigste Heizstelle, und daß die Kondensabzweigeleitung
24 immer voll Kondensat ist, zu welchem Zwecke auch sich der ansteigende Bogen 25
anschließt. Wenn nun eine längere Betriebspause eintritt, weil alle Absperrventile
23 geschlossen sind, so tritt in der Kondensleitung ein Unterdruck auf, weil sie
geringere Temperatur als die Dampfleitung hat. Infolgedessen wird das als Rückschlagventil
ausgebildete Ventil 29 jetzt geschlossen und trotz sinkenden Druckes im System keine
neue Flüssigkeit zugeführt. Durch Abkühlen der Heizstellen 22 und der Dampfabzweigeleitungen
2o wird der noch vorhandene Dampf der Dampfleitung kondensiert, bis im Verdampfer
keine Flüssigkeit mehr vorhanden ist, so daß der Druck des Systems weiter sinkt.
Hierdurch werden die Verluste während langer Betriebspausen bedeutend eingeschränkt.
Erst wenn das Absperrventil 23 einer Heizstelle wieder geöffnet wird, hört der Unterdruck
der Kondensleitung 26 gegenüber der Dämpfleitung i9 auf, so daß wieder Flüssigkeit
zum Verdampfer gelangt. Um zu verhüten, daß ein höherer Druck als zulässig entsteht,
kann ein überdruckventileingebaut werden, und es kann dann der bei Überdruck durch
dieses Ventil abfließende Dampf in irgendeiner Form Verwendung finden, beispielsweise
zur Warmw assererzeugung.
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Um die bei zentraler Versorgung erforderlichen großen Dampfmengen
zu erzeugen, sind, wie dargestellt, mehrere Verdampferspiralen 16, 17, 18 erforderlich,
die untereinander angeordnet sind. Um nun zu erreichen, daß. diese Spiralen möglichst
gleichmäßig belastet sind und möglichst nicht voll gefüllt werden, sind in den beiden
oberen Eintrittsköpfenz überfallrohre.u angeordnet, die von unten annähernd senkrecht
in den Kopf hineinragen und zum darunterliegenden Verdampferkopf z führen. Das Überfallrohr
ist so angeordnet, daß die vom Rohr 3o ankommende Flüssigkeit zuerst an dem Überfallrohr
u vorbeifließen muß, um Dur Verdampfungsspirale zu gelangen. Durch die dabei entstehende
Stauung gelangt bei schneller Flüssigkeitszufuhr bereits ein Teil der Flüssigkeit
durch das Überfallrohr zur zweiten Spirale, ohne daß die erste in voller Höhe gefüllt
ist. Es wird also auch hier durch diese Anordnung der Überfallröhre gewährleistet,
daß die Flüssigkeit im Verdampfer die Röhre nicht in voller Höhe ausfüllt, so daß
Stöße vermieden werden und der Wärmeträger schnell und gleichmäßig erhitzt bzw.
überhitzt wird.
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Nimmt der Druck durch steigende Dampferzeugung wieder zu, so schließt
sich durch die Bewegung der Membran 31 nach oben entgegen der Wirkung der Feder
.o das Ventil 35, so daß bei Erreichen des eingestellten Normaldruckes dieses Ventil
gegebenenfalls ganz geschlossen wird. Durch die Verwendung der schwachen Feder 33
für die Rückschlagventilwirkung wird erreicht, daß diese Wirkung und die vorbeschriebene
ungestört voneinander erfolgen können.
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Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß in jeder Wärmeabnahmestelle,
beispielsweise Küche, ein vollständiger Speicherlierd aufgestellt wird, dessen Speicherblock
mittels des hoch erhitzten Wärmeträgers von einer einzigen Feuerung aus täglich
ein- bis zweimal aufgeladen wird.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die unter Umständen beträchtlichen
Verluste in den Steig- und Abzweigleitungen nur auf die kurze Speicherzeit beschränkt
werden, und es kann dann in jedem Speicherblock gegebenenfalls ein elektrischer
Heizkörper eingebaut sein, der an Sonn- und Feiertagen durch billigen überschußstrom
gespeist wird, 'um an diesen Tagen die Bedienung der Feuerung in der Zentralanlage
zu ersparen.