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Einrichtung zur Regelung von Unterdruckheizungsanlagen Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Regelung von Unterdruckheizungsanlagen mit einer Steuervorrichtung
zum Ein-und Ausschalten der Vakuumpumpe beim Unter- bzw. Überschreiten eines bestimmten
Unterdruckes an der.Pumpe und einer Steuervorrichtung für das Hauptdampfventil,
die von dem eingeregelten Unterdruck am Ventil beeinflußt den Druck auf gleicher
Höhe hält. ' Bei Unterdruckheizungen steht bekanntlich die Heizungstemperatur in
Abhängigkeit von dem Unterdruck der Anlage. Bei Anlagen mit feststehendem Unterdruck
und dementsprechend auch einer feststehenden Heiztemperatur müssen das Unterdruckregelventil
und die Unterdruckpumpe ein für alle Male so eingestellt werden, daß der zu erzeugende
Druckunterschied und die zuzuführende Dampfmenge genau der geforderten Liefermenge
und der Gesamtheit der für die Anlage in Betracht zu ziehenden Druckverluste entsprechen.
Beim Unterschreiten dieses gegebenen Druckgefälles wird die Strömung unterbrochen.
Beim Überschreiten ergibt sich dagegen eine unwirtschaftliche Dampfförderung bzw.
wird auch die Arbeit der Druckpumpe zum Wiederverdampfen des Kondenswassers ausgenutzt,
falls die Unterdruckpumpe dessen Dampfspannung übersteigt. In diesem Falle erzeugt
die Vakuumpumpe ununterbrochen Dampf vom Beginn des kritischen Punktes an, bei welchem
die Druckerniedrigung über dieArbeitsmenge hinausgegangen ist, die notwendig ist,
um die Druckverluste auszugleichen.
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Heizungen mit fester Heiztemperatur sind jedoch aus anderen Gründen
als unzweckmäßig und unvorteilhaft anzusehen. Man hat auch schon Unterdruckheizungen
mit einer Regelung des Unterdruckes und daher auch der Heiztemperatur vorgeschlagen,
die mit einem festen Druckunterschied arbeiten, der den zur Überwindung der Druckverluste
des am ungünstigsten arbeitenden Stromkreises der Anlage erforderlichen Druckunterschied
darstellt. Eine Schwierigkeit besteht jedoch darin, daß das Druckgefälle oder der
Druckverlust einer Anlage sich in Abhängigkeit von der Temperatur bzw. der zugeordneten
Dampfdichte ändert. Man hat daher den Druckunterschied auf den höchsten Betriebswert
festlegen müssen, um bei allen Betriebstemperaturen die Strömung des Dampfes zu
sichern. Eine solche Anlage erforderte weiterhin für jeden Heizkörper einen wärmegesteuerten
Kondensatableiter, der den Austritt des Kondenswassers bei einer Wassertemperatur
unterhalb des dem jeweiligen Unterdruckes der Pumpe entsprechenden Verdampfungspunktes
gestattet. Abgesehen von der verwickelten Ausbildung ist bei einer solchen
Anlage
die Fördermenge des Dampfes nicht bei allen Betriebstemperaturen der tatsächlichen
Wärmeabgabe entsprechend, sondern größer, woraus sieh die unwirtschaftliche Ausnutzung
ergibt.
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Die Erfindung betrifft, nun eine Unterdruckregelung für solche Heizungen,
denen die .bei einer beliebigen Betriebstemperatur gerade jeweils erforderliche
günstige Dampfmenge zugeführt wird, so daß also die Menge des entspannten Dampfes
immer proportional der Temperatur ist, die in den zu heizenden Räumen herrscht.
Hierbei sind für die einzelnen Heizkörper keine empfindlichen und kostspieligen
Wärmeregler erforderlich; lediglich durch eine gemeinsame Vorrichtung der ini folgenden
an Hand der Fig. -2 beschriebenen Art erfolgt die Einstellung der Heiztemperatur,
gegebenenfalls sogar vollkommen selbsttätig über einen Wärmeregler in Abhängigkeit
von der Rauinteillperatur. Zu diesem Zwecke weist erfindungsgemäß die Steuervorrichtung
der Unterdruckpumpe eine Membran auf, die auf der einen Seite unter dem Einfluß
des eingeregelten Unterdruckes der Pumpe und auf der anderen Seite unter der Einwirkung
eines schwenkbaren Hebels mit einem verstellbaren Gegengewicht steht, wobei die
Steuervorrichtung für das Hauptventil ebenfalls eine Membran besitzt, deren eine
Seite unter dem Einfluß des eingeregelten Unterdruckes in der Dampfleitung hinter
dem Dampfventil stehend mit letzterem verbunden ist und deren andere Seite über
einen schwenkbaren Hebel mit einem verstellbaren Gegengewicht in Verbindung stellt,
wobei die beiden verstellbaren Gegengewichte an einem gemeinsamen Verstellhebel
für die Heiztemperatur derart angeschlossen sind, dali sich bei seiner Verstellung
mit steigender Gegenbelastung der von der Pumpe unmittelbar beeinflußten Membran
und dadurch bewirkten Erhöhung des voll der Pumpe in der Anlage erzeugten Unterdruckes
der Unterschied der von den Gegengewichten auf ihre zugehörigen Membranen ausgeübten
Gegendrücke verringert und umgekehrt, damit der Druckunterschied dein jeweiligen
Druckverlust des Dampfes in der Anlage entspricht.
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An Hand der Zeichnungen soll das Wesen der Erfindung näher erläutert
werden.
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Fig. i zeigt eine allgemeine Ansicht einer Unterdruckheizungsanlage
mit einer gemeinsamen Regelvorrichtung für das Hauptventil und für die Vakuumpumpe.
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Fig@2 zeigt diese Regelvorrichtung gesondert.
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In der Fig. i ist i der Dampfkessel und 2 der Hauptverteiler mit dem
Nebenverteiler 3, von dem die Leitungen Cl, C2, C3, cl, c2, c3 zu
den Radiatoren
abzweigen. Von diesen gehen Rückleitungen rl, ri, r3 R zu dem Sammelbehälter
; für das Kondenswasser. An den Heizkörpern sind die Kondensatableiter 6 und Hähne
7 angeordnet. 8 ist ein Hauptsyphonablaß und 9 ein Hauptentlüftungsventil.
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In der Leitung 3 befindet sich die Absperr-und Regelvorrichtung A
für den Dampf und den Unterdruck bzw. die Raumtemperatur. Die Vorrichtung ist im
einzelnen in Fig.2 dargestellt..
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Sie besteht aus einer Steuervorrichtung zum Ein- und Ausschalten der
Vakuui,il)unipe und dein regelbaren Hauptdampfventil.
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Das Hauptdampfventil besteht aus einem Behälter io, der an dem Verteiler
3 befestigt ist und an seiner Unterseite eine 'Membran i i aufweist. Die Membran
ist zwischen dein Flansch 12 dieses Behälters und einem Deckel 13 eingespannt. An
der Membran i i ist eine Stange 14. angebracht, die mit dein Hauptdanipfventil 1,5
verbunden ist. Dieses Ventil ist als Doppelventil ausgebildet und mit den Kolben
62 und 63 zum Verschließen der Öffnungen 6o und 61 des Ventilgehäuses versehen.
Die als Führung dienende Kolbenstange 64 steht mit der Stange 14. in Verbindung.
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In der in vollen Linien gezeichneten Stellung nach Fig. 2 verschließen
die Kolben 62 und 63 die Öffnungen 6o und 61. hei einer Durchbiegung der Membran
i i nach oben verschiebt sich die Stange i-., und die Kolben 62. 63 nehmen schließlich
die Stellung 62, und 631 ein, so daß der Dampfdurchlaß mehr oder weniger
geöffnet wird. In dem Ventilgehäuse ist weiterhin noch eine Öffnung 16 vorgesehen,
so daß auch bei vollständig geschlossenemVentil noch ein gewisser Danipfdurclilaß
erfolgt. An der Unterseite der Membran i i ist der Hebel 25, der mit dem
Hebel 26 in Verbindung steht, angeordnet. Der Hebel 26 kann um die Achse27
des an dein Deckel 13 befestigten Ansatzes 28 schwingen. Der Hebel 26 weist
einen Schlitz 29 auf. in dem eine Achse 30 mit den, Gewicht 31 verschiebbar
angeordnet ist.
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Die Membran i i wird also so auf der einen Seite durch den Dampfdruck,
auf der anderen Seite durch das Gewicht 31 beeinflußt, woraus sich eine entsprechende
Einstellung des Dampfventils ergibt.
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" An dem Verteiler 3 ist weiterhin all einer Stange z7 die Steuervorrichtung
für die Unterdruckpumpe befestigt. Sie bestellt aus einem zweiteiligen Behälter
18, zwischen den, die Membran i9 eingespannt ist. Der Raum über der :Membran steht
über ein Rohr 21, die Leitung 23 und den Behälter 5 mit der Vakuumpumpe 22 in Verbindung.
Die Vakuumpumpe wirkt weiterhin über die Leitungen
23 und den Sammelbehälter
5 auf das gesamte Rohrsystem. 24 ist ein Druckmesser. An der Membran i9 des Unterdruckreglers
ist ebenfalls ein Hebel 32 befestigt, der wiederum mit dem um die Achse 34 schwingenden
Hebel 33 in Verbindung steht. Die Achse 34 ist auf dem Ansatz 36 angebracht.
Der Hebel 33 ist wiederum mit einem Schlitz 36 versehen, in dem die Achse 37 des
Gewichtes 38 verschiebbar angeordnet ist.
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Von der Achse 3o des Gewichtes 31 führt eine Stange 39 zu dem Zapfen
66 des Verstellhebels 40. -Die verschiebbare Achse 37 des Gewichtes 38 ist dagegen
über die* Stange 47 an einem Zapfen 65 eines Armes 45 dieses Verstellhebels
angelenkt. Der Verstellhebel 4o dreht sich um den Zapfen 41. Seine Verlängerung
42 besitzt einen Dorn, der in die Löcher 43 eines Sektors 44 zur Festlegung einer
bestimmten Stellung eingreift.
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Der Arm 45 des Verstellhebels 40 ist weiterhin noch mit- einem Gegengewicht
46 belastet.
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An dein Hebel 33 ist noch eine Stange 48 befestigt, die den Unterbrecher
49 für die Pumpe 22 betätigt.
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Die Regelvorrichtung arbeitet nun wie folgt: Wenn die Anlage kalt
ist und der Kessel i der Heizung nicht angeheizt ist, wird, wenn man die Pumpe 22
in Betrieb setzt, ein Vakuum in dem ganzen Heizrohrnetz entstehen, und zwar sowohl
in den Rückleitungen als auch in den Dampfleitungen.
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Die Vakuumpumpe 22 betätigt die Membran i9 durch die Vermittlung des
Behälters 5 und der Rohrleitungen 23, 21 und die Membran i i durch die Vermittlung
des Behälters 5 und der Rückleitungs- und Dampfrohre. Hat das Vakuum die notwendige
Höhe erreicht, um den Zug des Gewichtes 38 aufzuheben, so hebt sich der Hebel 33;
durch die Stange 48 wird hierbei der Stromkreis des Unterbrechers 49 betätigt, der
den Motor der Pumpe anhält.
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Andererseits wird die Membran i i des Dampfventiles gleichfalls unter
dem Einfluß des Vakuums gehoben, wobei der Dampfdurchlaß offen gehalten wird.
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Man erkennt, daß man durch Bewegung des Hebels 4o die Gewichte 31
und 38, die durch die Stangen 39 und 47 gleichzeitig betätigt werden, verschieben
und das Vakuum nach Wunsch verringern und vergrößern kann.
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Arbeitet das System in der Kälte ohne Dampf, so sind die Drücke beim
Vakuumregler und bei dem Dampfeinlaß die gleichen.
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Für die praktische Arbeitsweise ergibt sich nun, daß der Dampf, der
von dem Heizkessel i kommt, durch die Öffnung 16 und das Ventil 15 des Dampfeinlasses
hindurchgeht, sich unter dem Einfluß des Vakuums ausdehnt und alsbald das gesamte
Dampfnetz erfüllt. Sein absoluter Druck wirkt sich auch auf die Membran i i aus,
und infolge dieser Einwirkung ist die Dampfmenge, die die Absperrvorrichtung durchläuft,
proportional der Höhe des Vakuums, das in der Anlage herrscht.
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Die Hebel und Gegengewichtssysteme 29 bis 31 und 33 bis 38 sind derart
ausgebildet, daß der Unterschied der absoluten Drücke, die auf die Membranen i i
und i9 ausgeübt werden, immer den Dampfdruckverlusten entspricht, die durch den
Dampf in den Verteilungsrohren auftreten zuzüglich der Widerstände der Hähne, Kondensatablasser,
Heizkörper usw.
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Demzufolge ändert sich der Weg, der von Jedem Gegengewicht durchlaufen
wird, zwischen diesen beiden Gegengewichten 38 und 31 nach Maßgabe der Änderung
des Vakuums. Der Unterschied beim Beginn der Bewegung, wenn die Dampftemperatur
eine höhere ist, ist größer als am Ende, wenn -die Temperatur eine geringere ist.
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Das nachfolgende Beispiel zeigt im einzelnen das Arbeiten dieses Teils:
Der Hebel 4o, der seinen Drehpunkt bei 41 hat, kann, wie dargelegt, auf die Gewichte
31
und 38 einwirken.
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Die Angriffspunkte 65 und 66 sind vom Drehpunkt 41 in verschiedenen
Entfernungen angeordnet, die je nach der Größe des Druckgefälles, d. h. also nach
der Leistung der Gesamtanlage, verschieden sind. Bei Verschiebung des Hebels 4o
werden die Gewichte 31 und 38 durch Vermittlung der Drehpunkte 65 und 66 gezwungen,
verschiedene Wegstrecken zurückzulegen, entsprechend deren Entfernung vom Drehpunkt
41.
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Die Achsen 30 und 37 der Gewichte 31 und 38 befinden sich links
oder rechts.
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Die Folge hiervon ist ein Druckunterschied, der durch die Gewichte
auf die Membranen ausgeübt wird. Dieser Druckunterschied entspricht dem Druckverlust,
der bei Strömung des Dampfes bei seiner höchsten Temperatur, also um ioo° C herum,
hervorgerufen wird.
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Befinden sich die Gewichte am entgegengesetzten Ende der Schlitze,
so hat sich dieser ursprüngliche Druckunterschied sehr merklich verringert, um ihn
dem neuen Druckverlust anzupassen, der bei niedrigster, in Betracht kommender Temperatur,
also ungefähr bei 6o° C hervorgerufen wird. Dieser letztere Druckverlust ist viel
geringer als der ursprüngliche infolge des geringeren Dampfverlustes und der Verringerung
seines spezifischen Gewichtes.
Im übrigen kann man je nach Bedarf
die Gewichte 31 und 38 verändern, und zwar durch Beigabe oder Fortnahme von Metallplatten,
mit dem Ziele, um einmal den notwendigen ursprünglichen Druckunterschied zu vergrößern
oder zu verringern und außerdem, um das Verhältnis dieses ursprünglichen Druckunterschiedes
dem Dampfdruck der höchsten und niedrigsten Temperatur anzupassen.
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In all den nacheinander von den Gewichten 31 und 38 eingenommenen
Stellungen sind diese Unterschiede immer abhängig von den Druckverlusten, die eine
Folge der Dampfbewegung sind, und zwar für Dampfabgaben, die Temperaturen in dem
Bereich zwischen 6o und ioo° C entsprechen.
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Unter der Einwirkung der Luftpumpe wird das Gewicht 38 fortschreitend
.gehoben, und die Drehachse der Leitstange für den Unterbreclier nimmt entsprechende
Stellungen ein, wobei sie die Unterbrechung des elektrischen Stromkreises und den
Stillstand des Motors der Pumpe bewirkt. Der umgekehrte Vorgang spielt sich ab,
wenn das Vakuum nicht mehr ausreicht. Je nachdem, wie das Gewicht 38 sich hebt,
nähert es sich auch infolge des Feststehens des Drehpunktes 65 der Achse 34., was
seine Wirksamkeit verringert und die schnelle Betätigung des Unterbrechers erleichtert.
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Ist das Vakuum gering und der Dampf auf seiner Höchsttemperatur, so
ist das Gewicht des befvegten Dampfes maximal, und ebenso, sind die Unterschiede
der absoluten Drücke auf -die Membranen i i und ig ebenfalls die höchstmöglichen.
Umgekehrt ist bei erhöhtem Vakuum und niedriger Dampftemperatur das Gewicht des
bewegten Dampfes minimal, und die absoluten Druckunterschiede auf der Membran ii
und i9 sind ebenfalls minimal.
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Die Kombination der Hebel ist also eine solche, daß bei allen Stellungen
der Gewichte 31 und 38 die Länge der Hebel und die absoluten Druckunterschiede auf
die Membranen i i und i9 genau den Druckverlusten entsprechen, die eine Folge der
Bewegung des Dampfes in dem Verteilungsrohr sind.
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Durch Verschiebung des Hebels q.o bzw. Festlegung in dem Lochsektor
44 kann die Anlage auf eine gewünschte Heiztemperatur eingestellt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann man jedoch den Verstellhebel-Io
selbsttätig über einen Wärmeregler in Abhängigkeit von der Raumtemperatur steuern.
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Der Wärmeregler besteht beispielsweise aus einem Flüssigkeitsfernthermometer
und einer Druckwassersteuerung.
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Aus einem höher gelegenen Behälter 5o (Fig. i) fließt Wasser durch
ein Rohr 51 mit einer Verengung 54 (Fig. 2) in eine Membrankapsel 52 mit der Membran
53 und durchläuft dann über das Rohr 55 ein bekanntes Fernzeigerthermometer 56.
Aus letzterem fließt dann das Wasser über das Rohr 57 in den Sammelbehälter
der Pumpe 22, welche wiederum mit einer Leitung mit dein Behälter 5o in Verbindung
steht und den Flüssigkeitsstand in diesem aufrechterhält.
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Das Flüssigkeitsfernthermometer besitzt ein Faltenrohrsystem, das
mit einem Fadenrohr in üblicher Weise mit dem Behälter 58, der in dem Raum, dessen
Temperatur gemessen werden soll, angeordnet ist, in Verbindung steht. Das Faltrohrsystem
betätigt einen Kapillarlrahn in der Druckwasserleitung 55, 57 unter E influß der
Temperatur des Raumes auf den Behälter 58. Daher wird diese Druckleitung entsprechend
der jeweiligen Temperatur mehr oder weniger geöffnet oder geschlossen. Die öffnung
oder Schließung des Kapillarhahnes der Druckleitung bewirkt eine große oder geringere
Bremsung des Austritts der Flüssigkeit aus der Druckleitung und dementsprechend
eine Druckbeeinflussung auf die @Ieinbran 53.
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An der Membran 53 ist ein Hebel 59 befestigt, der an den Verstellhebel
40 angelenkt ist. Auf diese Weise wird der Hebel .4o entsprechend der auf den Behälter
58 wirkenden Temperatur verschoben.
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Ist die Vorrichtung nicht in Betrieb und der betreffende Raum kalt,
so ist der kleine 111 dem Thermometer 56 befindliche Kapillarhahn geschlossen, und
der gesamte Druck des Behälters wirkt sich auf die Membran 53 aus, so daß die Gewichte
in der Richtung gegen die des Drehpunktes der Hebel bewegt werden. In dieser Stellung
ist das Vakuum gering ; da das System funktioniert, besitzt der Dampf eine Temperatur
von ungefähr ioo°.
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Wenn die gewünschte Temperatur in dem Raum erreicht ist, so öffnet
sich der Hahn und läßt das Wasser allmählich abfließen. was den Druck auf die Membran'53
verringert, worauf -sich die Gewichte 31 und 38, bezogen auf das Ausgleichsgewicht
46, gegen das Ende der Hebel 26 und 33 bewegen, was die Intensität des Vakuums steigert
und eine Verringerung der Dampftemperatur bewirkt. Die Gewichte 31 und 38 werden
in einer Stellung fixiert, entsprechend der gewünschten Raumtemperatur, die man
nach Wunsch variieren kann durch Bewegung eines Knopfes 6o, der die Zeigernadel
des Thermometers auf die gewünschte Temperatur einstellt. Dreht inan diesen in Fig.
2 angedeuteten Knopf 6o und gleichzeitig auch die Zeigernadel an der Skala des Flüssigkeitsthermometers
56, so wird dadurch der Kapillarhahn geöffnet oder geschlossen und in dieser Weise
erreicht, daß
die Anlage in der beschriebenen Weise bei der gewünschten
Temperatur arbeitet.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, eine
Mehrzahl von Dampfreglern anzuordnen, die mit einem gemeinschaftlichen Druckregler
für die Unterdruckpumpe zusammenarbeiten.
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Weiterhin kann man an Stelle der Steuerung des Dampfeinlasses auch
unmittelbar die' Dampferzeugung in dem Heizkessel regeln. In diesem Falle kommt
die gleiche Vorrichtung zur Anwendung, nur mit dem Unterschied, daß die Membran
i i nicht mittels der Stange 14 das Ventil 15 betätigt, sondern an dem Hebel
2,6 ein Mittel, beispielsweise Schnüre oder Züge angeordnet sind, die die
Luftklappe des Heizkessels oder auch den Rauchabzug in dem Kamin betätigen.