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Wärmeübertragungsvorriehtung.
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeübertragungsvorrichtungen mit einem Dampfentwickler und einem Dampfkondensator, die untereinander mittels Rohrleitungen zu einem bei normalem Betrieb geschlossenen Kreislaufsystem verbunden sind, bei dem sich der Dampfkondensator in wärmeleitender Verbindung mit der Wärmeverbrauchstelle befindet. Bei Verwendung von Wasser als strömendes Mittel weisen die bekannten Warmdampfwasserheizungen die obigen Kennzeichen ebenfalls auf. Bei diesen bekannten Systemen sind jedoch in die Kondeiisatrückleitung Ventile eingesetzt, die die Betriebssicherheit der Anlage beeinträchtigen.
Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Wärmeübertragungs- vorrichtung, die sowohl zur Warmwasserbereitung als auch zur Raumheizung geeignet ist und bei welcher ohne bewegliche mechanische Teile die übertragene Wärmemenge automatisch so geregelt werden kann, als dem Wärmebedarf entspricht.
Erfindungsgemäss ist ein mit dem Kreislaufsystem kommunizierender Behälter vorgesehen, der so angeordnet ist, dass er Flüssigkeit an das Kreislaufsystem abgibt oder von diesem Flüssigkeit aufnimmt.
Der Dampferzeuger ist zweckmässig im Inneren eines Speicherherdes angeordnet und steht durch ein geschlossenes Rohrsystem mit einem Kondensator in Verbindung, der im Inneren eines beispielsweise als Warmwasserbereiter dienenden Behälters angeordnet ist.
In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. l ist ein Warmwasserbehälter 10 mit einer Wärmeisolation l') versehen und weist ein Ablassrohr 11 und ein Zulaufrohr 12 auf. Im Behälter 10 ist eine Rohrschlange 14 angeordnet, von deren oberem Ende ein Rohr 15 den Boden des Behälters in einer Büchse 16 durchsetzt.
Vom unteren Ende der Rohrschlange 14 führt das Rohr 17 aus dem Behälter heraus. Vom höchsten Punkt des Rohres 15 zweigt ein Rohr 18 ab, das ebenfalls den Behälter durchsetzt und einen Hahn 19 trägt. Die Rohre 15 und 17 sind an das obere bzw. untere Ende einer Rohrschlange 20 angeschlossen, die den Heizraum 21 eines Speicherherdes 22 umschliesst. Der Herd 22 enthält einen zylindrisehen
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stoffsehacht 28 ist durch Deckel 26 und 27 abgeschlossen. Die Verbrennung erfolgt am Rost 29 und die Abgase streichen durch den Raum 30 in den Kamin. 37.
DieRohrschlangen 14, 20 und die Rohre 15, 17 bilden ein geschlossenes System und tragen die gemeinsame Bezeichnung 32. Die Rohrschlange 20 bildet den Dampferzeuger und die Rohrsehlange 14 den Kondensator für den erzeugten Dampf. In dem so gebildeten Kreislaufsystem ist an der Biegung 33 des Rohres 17 (dessen tiefste Stelle) ein Abzweig angeordnet, der ständig mit Wasser gefüllt ist. An den Abzweig ist das Rohr-M mit einer Krümmung 35 angeschlossen, das also einerseits mit der tiefsten Stelle des Systems 32 verbunden ist, anderseits mit seinem oberen Ende an den unteren Teil eines Be-
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mit der Aussenluft in ständiger Verbindung steht. Zweckmässig ist der Behälter 36 auf der Oberseite des Behälters 10 angeordnet. Im Rohr 34 ist vorteilhaft eine Drosselstelle 38 vorgesehen.
Im Kreislaufsystem 32 ist ebenfalls eine Drosselstelle 39 vorgesehen, die zweckmässig zwischen der Rohrschlange 20 und der Abzweigung des Rohres 34 liegt.
Unter der Voraussetzung, dass der Behälter 10 mit zu erwärmendem Wasser gefüllt ist, wirkt die Vorrichtung in folgender Weise.
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Wasser gefüllt, u. zw. so weit, dass der Flüssigkeitsspiegel des Behälters 36 ungefähr bis zur Marke 40 sinkt. Wenn nun der Speicherherd beheizt wird, so wird in der Rohrschlange 20 Dampf erzeugt, der
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und im Rohr 15 aufrechterhalten.
Wenn im Behälter 10 kaltes Wasser erwärmt wird, muss der gesamte, in der Schlange 20 erzeugte Dampf in der Schlange 14 kondensiert werden, so dass sich im ganzen Rohr 17 eine Wassersäule bildet.
Mit steigender Temperatur des Wassers im Behälter 10 verringert sich die Wärmeabgabe in der Rohr-
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ohne zu kondensieren, und die Höhe der Flüssigkeitssäule in der Rückleitung 17 verringert sich. Dies bewirkt eine Verringerung des die Zirkulation aufrechterhaltenden hydrostatischen Druckes und infolgedessen auch eine Verringerung der Dampfbildungsgesehwindigkeit. Änderungen der Wassermenge. im Kreislaufsystem 32 rufen entsprechende Änderungen im Behälter 36 hervor und damit auch vorund rÜcklaufende Strömungen im Rohr 34.
Wenn sowohl der Kondensator als auch der Dampferzeuger mit Dampf gefüllt sind, so muss ein unbegrenzter Wasserzufluss zur Dampferzeugerschlange verhindert werden, da die dort auftretende hastige Vergasung explosive Wirkungen mit kräftigen Schwingungen und Wasserhammererscheinungen hervorrufen würde. Zu diesem Zweck ist im Rohr 34 die Drosselstelle 38 und im Rohr 17 die Drosselstelle 39 angeordnet.
Bei Ausdehnung der Flüssigkeit im Kreislaufsystem tritt immer Wasser in die Expansionsleitung : 14 ein, da diese am tiefsten Punkt angeschlossen ist und demnach kein Dampf in sie eintreten kann.
Unter der Voraussetzung, dass eine bestimmte unterhalb der Dampftemperatur liegende Temperatur der im Behälter 10 enthaltenen Flüssigkeit aufrechterhalten werden soll, wird die dieser Flüssigkeit zugeführte Wärmemenge so bemessen, dass sie den Strahlungsverlusten entspricht. Eine solche automatis ! hp
Temperaturregelung erhält man also dadurch, dass sich die Umlaufgeschwindigkeit in dem Kreislauf- system 32 selbsttätig in Abhängigkeit von der Kondensationsgeschwindigkeit in der Rohrschlange 14 ändert.
Fig. 2 zeigt die wesentlichen Teile einer andern Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Expansionsrohr, 34'an die Rückleitung 17'in der Nähe des Behälters 10 angeschlossen ist. Dadurch wird erreicht, dass gegebenenfalls in das Kreislaufsystem eingedrungene Luft leichter aus demselben entweichen kann. Um den Dampfeintritt in das Expansionsrohr zu verhindern, ist der Kondensator in besonderer Weise ausgebildet.
Das vom Dampferzeuger kommende Zulaufrohr 15'endet im oberen Teil des als geschlossenen Zylinder 40 a ausgebildeten Kondensators, der durch eine Wand 41 in einen oberen Raum 42 und in einen unteren Raum 43 geteilt ist. Die Wand 41 weist eine kleine Öffnung 44 zur Verbindung dieser beiden
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sowohl vom Expansionsrohr als auch vom Kondensator.
Die Wand 41 und das Loch 44 verhindern das Eindringen von Dampf in das Expansionsrohr : Es ist eine bekannte Tatsache, dass eine Drosselstelle eine Dampfmenge passieren lässt, deren Gewicht rund drei Prozent des Gewichtes jener Wassermenge beträgt, die die gleiche Drosselstelle bei gleichem Druckunterschied passieren lässt, vorausgesetzt, dass der Dampf eine Temperatur von 100 C hat und im wesentlichen unter Atmosphärendruck steht. Das Loch 44 wirkt also bremsend.
Der in der Rohrschlange 20 erzeugte Dampf steigt im Rohr 15'aufwärts und verdrängt eine gewisse Wassermenge im Raum 42 des Kondensators 40 a. Wenn das Wasser im Behälter 10 verhältnismässig kalt ist, findet eine erhebliche Kondensation statt. Die Höhe des Wasserspiegels im Raum 42 wird durch die Temperatur des Wassers im Behälter 10 derart bestimmt, dass die Kondensationsgesehwindigkeit im Raum 42 der Dampfzufuhr von der Rohrschlange 20 entspricht. Mit steigender Temperatur im Behälter 10 sinkt die Kondensationsgesehwindigkeit. Das Gleichgewicht zwischen Dampfbildung und Kondensation wird durch das Sinken des Flüssigkeitsspiegels im Raum 42 aufrechterhalten. Bei weiterem
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verringert.
Die Kondensationsfähigkeit des Raumes 4-3 muss so gross sein, dass der ganze die Öffnung 44 durch- strömende Dampf kondensiert werden kann und ein Eindringen von Dampf in das Rohr 34'sicher ver- hindert ist.
Fig. 3 zeigt schematisch eine andre Ausführungsform, bei der das Expansionsrohr 34 unmittelbar beim Kondensator an die Rückleitung 17 angeschlossen ist. Zur Verhinderung des Dampfeintrittes in das Ausdehnungsgefäss 36 ist ein zweiter Kondensator 14 a in die Rohrleitung 34 eingeschaltet. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass-gegebenenfalls im System enthaltene
Luft-im Kondensator 14 gesammelt wird, wo sie sich mit Dampf vermischt und die Kondensations- geschwindigkeit herabsetzt.
Bei hoher Temperatur des im Behälter 10 enthaltenen Wassers kann der
Dampf im Kondensator 14 nicht mehr vollkommen kondensiert werden, so dass mit Luft vermischter
Dampf in die Rohre 17 und. 34 eintritt. Der Dampf wird hierauf im Kondensator 14 a kondensiert, während die Luft durch das Expansionsgefäss'36 entweicht. Die Luft wird auf diese Art und Weise selbst- tätig aus dem System entfernt. Die den Wasserzufluss zur Dampferzeugerrohrschlange 20 regelnden
Drosselstellen sind bei 38 im Expansionsrohr und bel 39 an der tiefsten Stelle der Kondensatleitung 17 angeordnet.
Fig. 4 zeigt im grösseren Massstab einen Teil der Einrichtung in handelsüblicher Ausführung.
14 a ist der Rohrschlangenkondensator im Behälter 10 a, der mit einem Ablaufrohr 11 a und einem Nach-
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Teil 14 c unterteilt. Das Dampfzufuhrrohr 15 a ist durch ein Mantelrohr 45 im Behälter 10 a gegen Wärme isoliert und bildet mit dem Mantelrohr einen Isolationsraum 46. Dies hat zur Folge, dass sich die Dampfkondensation in jenen Teilen des Systems, in denen das Kondensat durch das Rohr 15 a zurückströmen kann, verringert.
Die Teile 14 bund 14 c des Kondensators sind über eine Drosselstelle vereinigt, die aus mehreren hintereinandergeschalteten Drosselöffnungen besteht, die in einer Hülse 16 et mittels eines Stöpsels 48 und einer Feder 49 in richtiger Lage erhalten werden. Am höchsten Punkt des Kondensators erfolgt dessen Entlüftung durch ein Rohr 18 a, das durch einen aussen angeordneten Hahn (nicht dargestellt) oder einen Stöpsel 50 überwacht werden kann. Für den unteren Teil 14 c des Kondensators ist vorteilhaft
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Rückleitung 17 a ist eine weitere Drosselstelle 52 angeordnet, die mittels eines Stöpsels 53 und einer Feder 54 in ihrer Lage erhalten wird.
Das in das Ausdehnungsgefäss.'36 a mündende Expazisionsrohr 34 a ist oberhalb der Drosselstelle 52 an das System angeschlossen. Das Zuführungsrohr 15 a und das Rückleitungsrohr 17 a sind an den Dampferzeuger angeschlossen. Der übrige Teil des geschlossenen Kreislaufsystems ist bei 55 schematisch angedeutet.
Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen dieselbe wie die der im vorstehenden beschriebenen. Die bei 47 angeordnete Drosselstelle übernimmt die Funktion des Loches 44 gemäss Fig. 2.
Die Drosselstelle 52 verhindert eine unzulässig rasche Wasserzufuhr zum Generator.
Die Praxis hat ergeben, dass ein Niveauunterschied von 8 cm Höhe (vorausgesetzt, dass Wasser als Umlaufflüssigkeit Verwendung findet) genügt, um den Umlauf aufrechtzuerhalten. Wenn man als Drosselstelle eine kleine Öffnung in einer Scheibe verwendet, so hat sich gezeigt, dass ein Durchmesser der Öffnung von 0-06 mm ein befriedigendes Arbeiten der Einrichtung gewährleistet. An Stelle einer einzigen Drosselöffnung können auch mehrere, beispielsweise sechs, hintereinander angeordnet sein, die dann je einen Durchmesser von 1'2 mm aufweisen können. Das Expansionsrohr kann unmittelbar mit der Aussenluft in Verbindung stehen und bei genügender Aufnahmefähigkeit kann es das Ausdehnungsgefäss ersetzen.
Bei Verwendung von Wasser als Umlaufflüssigkeit kann dieses in der Expansionsleitung vorteilhaft mit einer Schicht Öl od. dgl. bedeckt werden, um die Verdunstung und Luftabsorption zu vermeiden.
Wenn die Temperatur, bis zu der das im Behälter 10 enthaltene Mittel erwärmt werden soll, höher ist als die Dampfbildungstemperatur des wärmeübertragenden Mittels bei Atmosphärendruck, so kann das letztere, um dessen Dampfbildungstemperatur zu erhöhen, dadurch unter jedem geeigneten Druck gehalten werden, dass die gegen die Aussenluft abgeschlossene Expansionsleitung an eine beliebige ge- eignete Flüssigkeitsdruckquelle angeschlossen wird. Eine solche Druckerhöhung kann auch dadurch erreicht werden, dass die Höhe der Flüssigkeitssäule in der Expansionsleitung erhöht wird.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung gestattet eine automatische Regelung der Wärmeüber- tragung, ohne Zuhilfenahme mechanischer Reguliermittel, so dass Thermostaten und andre der Abnutzung unterworfene Teile unnötig werden.