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Verfahren zur Raumheizung und Lufterhitzer-Aggregate zur Durchführung
des Verfahrens Die vorliegende Hrfi»du»g betrifft Lufterhitzer-Aggregate, die zur
Heizung von Räumen bestimmt sind und einen \Värmeaustauscher enthalten, der durch
den Abdampf einer kleinen Turbine gespeist wird; die den die Luft dem Wärmeaustauscher
zuführenden Ventilator antreibt. , Bei :Aggregaten dieser Art ist es natürlich notwendig,
dem Wärrneaustauscher, der den Kondensator bildet, eine ausreichende #,\'ärncemenge
zur Verfügung zu stellen, um die von dem Ventilator abgegebene Luft auf die gewünschte
Temperatur zu bricigen. Daher ist man im allgemeinen genötigt, die Wärmemenge, die
(lern Kondensator durch. den Abdampf zugeführt wird, zu erhöhen, wodurh es notwendig
geworden ist, zcc Hilfsmitteln Zuflucht zu nehme». z. 1'). Frischdampfumlauf in
dein Körper der Turbine oder des Kondensators, teilweise. Expansion des Dampfes
i» der Turbine, wobei der 1?nddruck erheblich höher wird als der atmosphärische
Druck, Hinzufügung eines zusätzlichen, mit Frischdampf gespeisten Elements zu <lern
Wärmeaustauscher.
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I?s wurde schon vorgeschlagen, eine Turbine mit grob profilierten
Elementen zu verwenden in Verbindung mit einem Geschwindigkeitsminderer, der derart
ausgebildet ist, daß der slaezifisc'lie Dampfverbrauch in der Turbine, wenn der
Ventilator des Lufterhitzers mit einer seiner Bestleistung ent sprechenden Geschwindigkeit
angetrieben wird, derart ist, daß die Dampfabgabe nach seiner Expansion
der
Kondensationsfähigkeit des "Lufterhitzers entspricht.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Notwendigkeit der
Verwendung von zusätzlichem Frischdampf oder die Einschaltung eitles Geschwindigkeitsverringerers
zu vermeiden und trotzdem zu erreichen, daß der in der Turbine expandierte Dampf
dem Lufterhitzer in ausreichender Menge zugeführt wird, um die gewünschte thermische
Wirkung hervorzubringen.
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Zu diesem Zweck bewirkt man im Aggregat eine Dampfexpansion, die stark
von der adiabatischen Expansion abweicht, entleert das Kondenswasser bei einer Temperatur
unter ioo° C und einem Druck, der den Druck der Außenluft nicht überschreitet, ständig
unmittelbar aus dem Austauscher in die :\ußetiluft und wirkt auf den Druck des der
Turbine zugeführten Dampfes ein, um ihn entsprechend den Erfordernissen der Wärmeabgabe
des Aggregats zu ändern. Das zu diesem Zweck verwendete Aggregat besitzt eine Turbine
von geringer mechanischer Leistung, welche man mit einem Wärmeaustauscher von größerer
Leistung kuppelt, der imstande ist, die mit Dampf gesättigte Luft ebenso wie das
Kondenswasser ständig zu entleeren. Unter einer Turbine mit geringer Leistung versteht
man hier eine Turbine, die für die in Betracht kommenden Kräfte ( t bis 5 PS) eine
thermodynamische Leistung beispielsweise unter ioo/o hat, wodurch es möglich wird,
durch die Turbine die ganze Dampfmenge gehen zu lasen, die für den Wärmeaustauscher
notwendig ist und von der Energie dieser Dampfmenge nur den geringen Bruchteil zurückzuhalten,
der für den :\ntrieli des Ventilators erforderlich ist.
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Der \\'ärmeaustauscher vermag den Dampf bis auf Atmosphärendruck zu
expandieren und das Kondenswasser bis auf eine Temperatur abzukühlen, die merklich
unter ioo° C liegt, wodurch der größte "feil der in dem Dampf enthaltenen Wärme
sicher ausgenutzt wird und die durch die Verdampfung des Kondenswassers entstehenden
Verluste praktisch gleich Null sind.
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Unter diesen Bedingungen kann der Auspuff des Wärmeaustauschers in
Verbindung mit der Atmosphäre gebracht werden, und man kann den Kondenstopf, der
gewöhnlich an dem Ausgang des \\'ärmeaustauschers angebracht ist, fortlassen, wodurch
die bekannten Unbequemlichkeiten beseitigt werden, die diese Vorrichtungen aufweisen.
Man kann die Elemente des Lufterhitzer-Aggregats leicht so anordnen, daß der natürliche
und vollständige Abfluß des Kondenswassers sichergestellt ist, damit sich das aus
Turbine, Rohrleitung und \\'ärmeaustauscher bestehende Aggregat beim Stillstand
vollständig entleert und jede Gefahr einer Beschädigung durch Einfrieren auf diese
Weise vermieden wird.
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plan hat außerdem festgestellt, daß die Lufterhitzer-Aggregate gemäß
der Erfindung überraschenderweise die wertvolle Eigenschaft besitzen, eine Abwandlung
der abgegebenen Wärme in weiten Grenzen zu ermöglichen, z. B. durch einfache Änderung
des Druckes des Dampfes, der die Turbine speist, zumal im allgemeinen die Wärmewirkung
von Heizapparaten, die tnit Dampf unter Druck betrieben werden, sich nur in geringem
Maße mit dein Dampfdruck ändert.
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\lan verfügt auf diese \\eise über eilt Mittel, die Temperatur der
zu beizenden kä unie genau zu regeln und sie konstant zu Eialten.
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Die "Zeichnung zeigt als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. i ist ein schematischer Schnitt durch eine Turbine und seiner
Einlaßdüse als Beispiel; Fig.2 ist ein Aufriß eines I,ufterhitzer-:\ggregats; Fig.3
zeigt eine Anordnung von Lufterhitzern gemäß der Erfindung mit einer zentralen Regelvorrichtung.
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Die Fig. i und 2 zeigen schematisch den Aufbau eines Aggregats gemäß
vier Erfindung, Eiei (lern die Turbine die ganze zur Entwicklung der gewünschten
Heizkraft notwendige 1)anipftnetige erhält, indem ihr Druck bis auf einen der Außenluft
gleichen Druck vermindert wird. Von der Energie dieser großen Dampfmenge behält
sie nur den kleinen Bruchteil zurück, der notwendig ist, um den Ventilator mit der
gewünschten Hhclistgeschwitidigkeit anzutreiben. Man erreicht dieses Ziel, indem
matt in der Turbine eine Expansion des Dampfes vornimmt, die stark von der adiabatischen
Expansion (betonte polytropische Expansion) abweicht.
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In dem dargestellten _\ggre,#at ist i der Motor der Turbine für zwei
Geschwindigkeiten, dessen Schaufeln 2 in dem Turliinenlc(*it-1)(>r 4 uinlaufeit.
in (lern der Gleichrichter 3 liegt.
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Die Düse 5 mit ihrem konvergierenden Teil C, ihrem Hals 7 und ihrem
divergierenden Teil 8 ist so an dem Umfang des 1Zc@tors angebracht, daß der Schaufeleintrittswinkel
und clei- Neigungswinkel der Düse gegen die Schaufelft nicht darauf hinwirken, einen
empfindlichen inneren Energieverlust zu schaffen. Um die notwendige Kraft zti erzeugen,
muß man infolgedessen eilte viel liöliere Dampfmenge in die Turbine zulassen. 1:s
wird also nur ein geringer Bruchteil der inneren Energie zur Verfügung sein, der
sich in .-\t-beit umsetzt, -,vährend der Rest die \Virkung liat, den Betrag des
.\tisptittdampfes merklich zu erhöhen.
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Unter diesen Bedingungen erhält inan niit einem höheren Dampfverbrauch
eitre ausreichende Kraft zum Antrieb. des Ventilators y, der vorzugsweise unmittelbar
auf die Turbinenachse aufgesetzt ist. Die Düse 5 kann leicht aus ihrer Stellung
entfernt und durch eine andere ersetzt werden, wenn man den Höchstdruck für die
Arbeit der "Turbine verändern will.
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Fig. 2 zeigt das ganze =\ggregat.
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Mit ii und 12 sind die Eieiden aus 1Zippenrohren gebildeten Rohrsystetne.
die den .\ustatischer bilden und an denen die kalte Luft vorbeistreicht, bezeichnet.
Die Rohrsysteme sind vorteilhafter Weise aus Kupferrohren gebildet. die mit Aluminiumrippen
versehen sind. Jedes Svstem besitzt zwei obere Sammler 13, 14 und zweiuntere
Saniniler 15 und t t). Die beiden Sammler 13 uft<i 14 sind 111
defi Kasten f 7
eingefügt, in den der Dampf von der Turbine durch
die Leitung io strömt.
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Die beiden unteren Sammler sind zu beiden Seiten durch Kästen oder
Verbindungsstücke 18 miteinander verbunden, von denen mindestens eines in Verbindung
mit der Rohrleitung i9 für das Kondenswasser steht. Diese Rohrleitung muß, um ein
Arbeiten des Aggregats entsprechend den oben angeführten Grundsätzen zu ermöglichen,
durch ein oder mehrere weit bemessene Öffnungen mit der Atmosphäre in Verbindung
sein.
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Bei einem zusammengebauten Aggregat hat man die sehr interessante
Feststellung gemacht, daß, wenn der Höchstdruck des zuströmenden Dampfes, für welchen
die Turbine eingerichtet ist, fortlaufend verringert wird, die Drehgeschwindigkeit
der Turbine sich in gleicher Weise vermindert; umgekehrt, wenn der Druck ansteigt,
wächst die Drehgeschwindigkeit von neuem, sie folgt also unmittelbar jeder Druckänderung.
Das gleiche gilt von der Luftabgabe des Ventilators, die ihm proportional ist, und
von der Kondensationskapazität des Austauschers, d. h. von der Wärmemenge, die durch
das Aggregat frei wird. Es ist zu bemerken, daß infolge des ungefähr konstanten
Verhältnisses der abgegebenen Luft und der Wärmekapazität die Lufttemperatur am
Ausgang des Aggregats im wesentlichen gleichbleibt. Es ist dies ein günstiger Umstand,
der sich bei anderen ähnlichen Vorrichtungen nicht findet.
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Wenn das Aggregat im Ruhezustand ist, dann läuft die Turbine an, sobald
der Druck einige ioo g (ungefähr'/- kg) erreicht hat, und die Geschwindigkeit beschleunigt
sich bis zu einem Höchstwert, der hei dem vorgesehenen höchsten Dampfdruck erreicht
wird.
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Es ist also klar, daß mit diesem System der Heizungsaufseher ein Mittel
hat, eine Fernsteuerung für alle Lufterhitzer-Aggregate durch einfache von Hand
oder selbsttätig erfolgende Bedienung einer Schütze oder eines Spannungsminderers
vorzunehmen, der in der Heizanlage am Eingang der die Aggregate speisenden Dampfrohre
angebracht ist.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung bezeichnet 2o den Kessel, 21
den Spannungsminderer und 4 die Turbinen, die parallel zu der über den Spannungsminderer2i
gespeisten Rohrleitung 22 angeschlossen sind und in die Lufterhitzer i i auspuffen,
die durch Auslaßleitungen i9 und die Rohrleitung 23 das Kondenswasser in den Sumpf
24 entleeren, von wo es in den Kessel zurückgepumpt wird. Die Rohrleitung 23 ist
mit einem Auslaß 25 versehen, der in die freie Luft mündet.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Abbildungen dargestellten
Ausführungen des Erfindungsgedankens.