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Warmwasserheizungsanlage mit Pulsationsvorrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Warmwasserheizungsanlage mit Pulsationsvorrichtung mit einem Kessel,
einem mit diesem verbundenen Ansaugeejektor und einem Kondensationsbehälter, der
oberhalb des Ansaugeejektors angeordnet ist.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine bessere Wirkungsweise
dieser Anlagen . zu erhalten, die diesen bisher fehlte, besonders weil der Rücklauf
des Wassers zum Ansaugeejektor nicht immer mit der gewünschten Bestimmtheit oder
nicht mit der erforderlichen Regelmäßigkeit erfolgte, zumal, wenn die Temperatur
des rücklaufenden Wassers sich erhöhte und dadurch der Rücklauf des Wassers bei
jeder Pulsation schwierig wurde. Beim Ingangsetzen 'der Anlage hängt der richtige
Rücklauf des Wassers in erster Linie von dem Höhenunterschiede des Wassers im Ansaugeejektor
und im Kondensationsbehälter ab, und es kam häufig vor, daß der Umlauf des rückkehrenden
Wassers sich infolge eines Gegendruckes im Ejektor nicht auswirkte. Ein ähnlicher
Gegendruck kann auch nach dem Beginn des Umlaufes eintreten, entweder infolge ungenügender
Kondensation des Dampfes in der Glocke des Ansaugeejektors öder infolge zu.plötzlicher
Änderungen der Höhe des Wassers im Kondensationsbehälter und im. Ansäugeejektor.
Aus diesem Grunde betrifft die Erfindung bestimmte bauliche Maßnahmen, die geeignet
sind, so viel wie möglich die Niveauhöhen festzuhalten, die das Wasser im Ansaugeejektor
und im Kondensationsbehälter erreicht, das Pulsationsvolumen des Ansaugeej ektors
zu regeln und so viel wie möglich die Kondensation des Dampfes in der Glocke des
Ejektors unmittelbar nach jeder Pulsation sicherzustellen, so daß auf diese Weise
in der genannten Glocke eine Ansaugewirkung auftritt, die immer wirksam genug ist,
um die regelmäßige Rückkehr des Wassers sicherzustellen, die wiederum zu einer regelmäßigen
Kondensation des Dampfes in der Glocke des Ejektors beiträgt und in den verschiedenen
Teilen des Ansaugeejektors die gewünschten Grade der Temperatur und infolgedessen
den gewünschten Umlauf zwischen dem Ansaugeejektor und dem Kessel herbeiführt.
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Die Erfindung besteht demzufolge in der in der Beschreibung und in
den Ansprüchen näher gekennzeichneten Einrichtung, von denen die Zeichnung eine
beispielsweise Ausführungsform zeigt.
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Abb. z ist eine schematische Ansicht im Vertikalschnitt.
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Abb. 2 zeigt in größerem Maßstabe als Abb. r eine andere Ausführungsform
des unteren Teiles des Ansaugeejektors.
Abb. 3 ist ein Grundriß
in größerem Maßstabe des Einsatzes, der im Halsteil angeordnet ist, welcher die
mittlere und obere Kammer des Ansaugeejektors verbindet.
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Abb. 4 ist ein Vertikalschnitt und zeigt eine andere Ausführungsform
des Kondensationsbehälters.
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Abb. 5 und 6 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen der Rillen
und Vorsprünge im Kondensationsbehälter.
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Die in Abb. i dargestellte Heizungsanlage ist in ihrer Gesamtheit
auf folgende Weise zusammengesetzt.
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Sie besitzt einen Kessel A von irgendeiner geeigneten Art. Derselbe
steht in Verbindung mit einem Ejektor oder Umlaufregler B mit den drei Teilen 1,
2, 3. Er ist in seinem oberen Teil durch ein Rohr 4 mit dem mittleren Teil 2 des
Ejektors B und unten durch das Rohr 5 mit dem unteren Teil der unteren Abteilung
3 des Ejektors verbunden. In der Mitte des oberen Teiles i geht das Austrittsrohr
6 ab, auf dem ein Behälter mit einem Rückschlagventil7 angeordnet ist. Das Austrittsrohr
6 mündet mittels einer Entspannungs- oder Dämpfungsvorrichtung C in einen Ausdehnungs-
bzw. Kondensationsbehälter D. Vom Behälter D geht am unteren Tei ldie
Warmwasservorlaufleitung 8 ab, in die die Heizkörper R eingeschaltet sind. Die Wasserrückleitung
io ist mit einem Wasserrücklaufrohr ii verbunden, das zum Ansaugeejektor B zurückführt.
Dieses Rohr bildet bei E eine Wärmeaustauschvorrichtung, durch die das- Rohr 6 hindurchtritt.
Das Rohr ii mündet endlich in den Ansaugeejektor mittels einer Reihe übereinanderliegender
Öffnungen 12, i2', i2b und mittels einer Endöffnung i3, die in dem unteren Teil
des Ansaugeejektors B gelegen ist.
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Diese gesamte Anlage arbeitet folgendermaßen Es bildet sich ein Umlauf
zwischen dem Ej ektor B und dem Kessel A durch die Umlaufrohre 4 und
5 mit einer Strömung im Sinne der Pfeile f.
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Sobald das Sieden vor sich geht, tritt der Ejektor auf folgende bekannte
Weise in Tätigkeit. Der Dampf, der sich in der Glocke i bildet, drängt das warme
Wasser in den Umlauf 8, io durch die Heizkörper R, den Raum 9 und schließlich in
den Ejektor B und den Kessel A
zurück.
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Der Ansaugeejektor B wird gebildet von einem metallischen Körper,
welcher der Höhe nach in drei Hauptteile i, 2 und 3 unterteilt ist. Der obere Teil
i oder die Glocke ist mit dem mittleren Teil e durch eine Einschnürung oder Hals
2o verbunden. Die Glocke ist in ihrem oberen Teil durch eine oder mehrere vertikale
Scheidewände 17 unterteilt (eine solche ist in Abb. i dargestellt), welche vorzugsweise
ringförmig und konzentrisch zueinander liegen und am Boden der Glocke für die Bewegungen
des Wassers und des Dampfes einen genügenden Zwischenraum lassen. Der äußere Teil
16 bildet besonders eine Kammer für den Dampf, unter dessen Spannung das Wasser
in die Anlage gedrückt wird. Der innere Teil z9 ist der Teil, in dem die Entspannung
und die Ej ektion vor sich geht. Das Austrittsrohr 6 geht von dem oberen Teil der
Glocke i ab, vorzugsweise von dem mittleren Teil i9 aus. Es kann leicht in das Innere
dieses mittleren Teiles i9 tauchen. Der Hals 2o ist genügend verengt, um sein Volumen
auf ein Kleinstmaß zu verringern, aber ohne daß sein Durchmesser nennenswert geringer
ist als derjenige der Scheidewände 17. Ein Einsatz 21, der in Abb. 3 in größerem
Maßstabe dargestellt ist, ist in diesem verengten Teil 2o angeordnet. Dieser Einsatz
21 besitzt einen mittleren zylindrischen Kanal 2z, der mit der oberen Fläche durch
einen konischen Teil 23 verbunden ist, dessen Erweiterung dem Durchmesser
der Scheidewand 17 entspricht. Der mittlere Kanal 22 ist vorzugsweise nach unten
verlängert mittels eines Rohrstückes 24. Der Einsatz 2i besitzt an seinem Außenumfange
halbzylindrische Kehlungen oder Rinnen 25. Wenn der Einsatz 21 eingebaut ist, bilden
diese Kehlungen mit der Wandung des Halses 2o Halbrohre. Diese Halbrohre, welche
in größerer Anzahl vorhanden sein können als Rohre, die den Einsatz 2i durchdringen
würden, trennen besser das Wasser und den Dampf, die während der Strömung hochsteigen,
und setzen sich besser ihrem Hochsteigen während des Rückganges des Wassers durch
das Rohr 6 entgegen. Da sie an dem Außenumfange angeordnet sind, gestatten sie,
den Durchmesser des Halses 20 auf ein Xleinstmaß zu verringern.
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Der mittlere Teil 2 des Körpers des Ansaugeejektors besitzt eine obere
Erweiterung 26, welche den Raum 27 überdacht, mit denn er durch obere Umlaufrohre
28 in Verbindung steht. Dieser erweiterte Teil 26 muß genügende Höhe besitzen, um
die gute Wirkung der Rohre 28 zu gewährleisten. Der obere Teil 26 ist nach unten
verlängert durch einen mittleren rohrförmigen Teil 29, der sich über die ganze verbleibende
Höhe erstreckt. Die Gesamtheit der beiden Teile 26 und 29 muß ein Volumen besitzen,
das in der Hauptsach(z ein klein wenig größer ist als das gesamte Volumen der Glocke
i.
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Der Raum 27 ist vorzugsweise vollkommen konzentrisch zu dem mittleren
Teil 29 angeordnet. Dieser Teil 27 steht einesteils in Verbindung mit dem
Kessel A durch ein oder mehrere Rohre 4 und andernteils mit dem erweiterten Teil
26 durch die Rohre 28. Diese Rohre liegen vorzugsweise weiter außen als die Halbrohre
25 und münden etwa in halber Höhe oder ein wenig oberhalb der Mitte des Teiles 26.
Der Versuch hat gezeigt, daß es vorzuziehen ist,
diese Rohre 28
genügend- weit entfernt von der Glocke i münden zu lassen, derart, daß zwischen
dem Niveau Z-Z' und der oberen Kante ihrer oberen Mündungen eine genügende Wasserhöhe
vorhanden ist. Dieses gestattet viel eher, das -schädliche Aufwärtsströmen des Dampfes
und des Wassers durch die Halbrohre 25 während der Rückkehr des Wassers durch das
Rohr ii anzuhalten. Das hat die Wirkung, wie noch später gezeigt wird, den Rücklauf
des Wassers zu beschleunigen. Man vermeidet außerdem, daß im Falle starken Sinkens
des Niveaus Z-Z' des Wassers die oberen Mündungen der Rohre 28 sich- nicht oberhalb
dieses Niveaus befinden. Im Ergebnis erhält man eine viel kräftigere Wirkung des
Einsatzes--? i. Rohre 30 von viel geringerem Durchmesser verbinden
außerdem den unteren Teil des Körpers 29 mit dem unteren Teil des Gehäuses
27.
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Der untere Teil 3 des Ansaugeejektors B umschließt einen an seinem
unteren Ende geschlossenen (Abb. x und 2) rohrförmigen Teil 32, und in diesen mündet
das Rücklaufrohr i1. Das Rohr 32 ist von einem Rohr 31 umgeben. Der Durchmesser
und das Volumen des rohrförmigen Teiles 32 sind auf Kleinstmaß verringert, aber
groß genug, damit das Wasser ohne Widerstand hochsteigt, und seine Länge muß so
groß wie möglich sein, um die Länge des Rücklaufrohres ii auf ein Größtmaß zu bringen.
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Das Rohr 31 ist durch ein Gefäß 33 verlängert, welches mit- dem Kessel
A durch ein oder mehrere Rohre 5 verbunden ist.
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Die Enden des Rohres 31 sind teilweise durch Scheidewände geschlossen,
welche gebildet werden durch die Verlängerung des Bodens des Teiles 29 oder des
Oberteiles des Gefäßes 33 oder von Ringscheiben 34 (Abb. a).
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Der rohrförmige Teil 32 kann in einfacher Weise aus einem Stück bestehen,
welches in die Wände eingepaßt ist. Die Ringscheiben werden von einem schwachen
Hals 35 gehalten (Abb. 2).
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Das Rohr 32 reicht in den Teil 33 so weit wie möglich hinein, ohne
den Umlauf in den Rohren 5 zu behindern. Der Mantel 31 kann vervollständigt sein,
wie es in Abb. 2 dargestellt ist, und zwar durch senkrechte Rohre 36, die an ihrem
unteren Ende bei- 37 ausgespart sind, um den Austritt der Flüssigkeit zu erleichtern.
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Das Rückläufrohr ii geht durch den oberen Teil des Ejektors und reicht
bis zum Boden des rohrförmigen Teiles 32 mit mehr und mehr verkleinertem
Durchmesser und Öffnungen 12, 1a-, i2 b, 13, die längs der Höhe angeordnet sind.
Der Durchmesser des Rohres ii im Innern des Ejektörs ist gleich dem größten Durchmesser
der gesamten Rohrleitung ii außerhalb des Ejektors bis zu dem unteren Niveau der
Glockei. Der folgende Abschnitt besitzt ungefähr einen um ein Drittel verringerten
Durchmesser und reicht bis zum unteren Teil der Erweiterung 26; der weiterfolgende
Teil reicht bis zum Boden und hat einen Durchmesser von der Hälfte desj enigen des
oberen Teiles.
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Der Versuch hat gezeigt, daß jede der Mündungen einen bestimmten Zweck
erfüllt. Die Mündungen 12, i2a haben die Aufgabe, die Gewalt des Dampfes zu beseitigen,
der das Wasser zurückgedrängt hat, die Mündung i2b dient zur Sicherheit und trägt
dazu bei, die Öffnungen 30 zu versorgen. Sie muß zwischen der Öffnung des
Einsatzes 2i und der Ebene der Mündungen des Rohres 28 liegen. Die untere Mündung
13 dient besonders zur Anregung des Rücklaufes.
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Sobald die Anlage in Betrieb genommen ist, findet ein Umlauf zwischen
dem Kessel A und dem Ansaugeejektor B statt, in dem Sinne, wie er durch die Pfeile
angedeutet ist. Sobald der Siedepunkt erreicht ist, treten die Dampfblasen in den
Raum 27 ein, dann gelangen sie in die Glocke i durch die Rohre 28 und die Halbrohre
25. Der Dampf verteilt sich im wesentlichen beutelartig in dem Raum 16. Er drückt
das Wasser auf das Niveau Z-Z' herunter und durch das Rohr 6 in den Behälter D,
in welchem das Niveau X-X' des Wassers ansteigt. Das aus der Anlage zurückkehrende
Wasser tritt in den Ejektor zuerst durch die untere Öffnung 13 ein. Dieser Wiedereintritt
des abgekühlten Wassers wirkt sich zunächst in dem unteren Teil des Ejektors aus
im zentralen Raum 29 und ebenso in dem Raum 27 infolge der Zwischenumlaufrohre 30.
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Sobald die Rückkehr des Wassers ausreichend ist, fängt das teilweise
abgekühlte Wasser, das durch die Rohre 30 in die Kammer 27 mitgenommen ist,
an, unmittelbar auf den Dampf einzuwirken, der vom Kessel kommt, so daß die Dauer
der Ejektion des Dampfes verringert wird, noch bevor die Rückkehr des Wassers in
dem Kessel durch die Rohre 5 die Dampfbildung aufhält.
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Während dieser Periode kann sich mit unzureichenden Einrichtungen
ein Gleichgewicht zwischen der Spannung des Dampfes und dem Gewicht der Wassersäule
X-X' und Z-Z' bilden, indem das rückkehrende Wasser aufhört in den Ejektor einzutreten.
Das Rohr m gibt nun eine Sicherheit des Funktionierens, da die Öffnung 13 so tief
wie irgend möglich angebracht ist. Um diese Wirkung zu unterstützen, ist es von
Wichtigkeit, daß das Rohr ii, welches das kalte Wasser führt, von erhitztem Wasser
umgeben- ist, was durch den Mantel 31 erreicht wird, der von oben nach unten von
heißem Wasser durchlaufen wird.
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Sobald die Spannung des Dampfes ausreichend nachgelassen hat, tritt
das abgekühlte Wasser durch die Löcher i2 a, 12 zu derselben Zeit hindurch, als
es fortfährt, durch die Löcher
13 und i2b auszutreten. Dieses kalte
Wasser vermindert unmittelbar den Dampf, der in dem zentralen Teil i9 enthalten
ist (welcher sich dann schnell mit Wasser füllt), darauf durch Berührung den Dampf,
der in dem äußeren Teil 16 der Glocke enthalten ist. Indem der Einsatz 2i den unmittelbaren
Zufluß von Dampf und kochendem Wasser in die Glocke vermindert oder aufhält und
die Wirkung der Rohre 30 unterstützt, die den Raum a9 abkühlen, gestattet er dem
rückkehrenden abgekühlten Wasser, stärker auf den Dampf in der Glocke einzuwirken,
wodurch die Schnelligkeit und Geschwindigkeit der Rückkehr des Wassers erhöht wird,
wonach dann der Kreislauf von neuem beginnt.
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Der Dampf, der vom Kessel A kommt, tritt durch die Rohre q. hindurch
und sammelt sich, mit Wasser vermischt, in dem Raum 27. Die Rohre 28 verhindern
durch ihre Reibung, daß diese Dampfmengen mit derselben Energie wie im eigentlichen
Ejektor auf die Änderungen des Druckes, die dort vor sich gehen, ansprechen. Dieser
regelnden Wirkung fügt der Raum 27 noch seine Wirkung der Entspannung hinzu. Der
Kessel wird nur Druckänderungen von verhältnismäßig langer Dauer ausgesetzt, nicht
aber plötzlichen Stößen. Der Kessel arbeitet infolgedessen gleichmäßig unter dem
Einfluß der Temperatur des Wassers, das ihm durch die Rohre 5, 5 zugeführt wird,
und unter dem Einfluß seiner Feuerung. Die regelnde Wirkung der Zwischenumlauforgane,
nämlich der Rohre 28 und 3o, begrenzt nicht nur die Umläufe, sondern verhindert
auch ein Leeren des Kessels. Es findet lediglich in dem eigentlichen Ansaugeejektor
ein Senken des Wasserspiegels, statt, infolge des Wasservolumens, das durch das
Rohr 6 herausgedrückt wird und noch nicht ausgeglichen ist durch die Rückkehr des
kalten Wassers durch das Rohr ii.
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Der Ansaugeejektor B gemäß der Erfindung gewährleistet bei geringem
Volumen eine große Ausflußmenge. Er läßt in den unteren Teilen die Bildung von Luft-
oder Dampfblasen nicht zu, die schädlich sind.
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Der Ausdehnungs- und Kondensationsbehälter (Abb. i) ist in drei übereinanderliegende
Teile 5o, 51, 52 geteilt, deren Durchmesser von unten nach oben zunimmt.
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Der untere Teil 5o enthält die Ausdehnungsglocke C und ist so berechnet,
daß er das Anfangswasser und teilweise das für die Ausdehnung nötige Volumen enthält.
Das Anfangswasser muß ein kleinstmögliches Volumen haben, um bei der ersten Strömung
eine erhöhte Abflußtemperatur zu haben. Der Teil 50 ist an seinem Boden durch
einen Ablauftrichter F begrenzt, der etwa' die Form eines Zylinders hat. Am Boden
dieses Teiles ist das Ablaufrohr 99 befestigt und an der Seite das Abgangsrohr B.
Dieses Rohr 8 kann im Innern ein Knie 93 bilden, damit weder Luft noch Schmutz in
den Umlauf mitgerissen werden können.
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Der mittlere Teil 51 enthält vorzugsweise das Eintrittsknie 55 des
Ejektorrohres 6 und muß das größte Volumen der vorkommenden Strömung aufnehmen.
Die Notwendigkeit, die Überfüllung des Behälters nach oben zu vermeiden, zwingt,
die Höhe des Teiles 51 zu beschränken und infolgedessen seinen Durchmesser zu vergrößern.
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Der obere Teil 52 dient als Dampfraum. Er steht in unmittelbarer Verbindung
mit einer vierten Abteilung 53, welche besonders als Kondensationsraum dient. Die
Kammern 52, 53 haben den größten Durchmesser. Der Kondensationsraum 53 ist oben
durch den doppelwandigen Deckel 57 abgeschlossen, welcher die Abteilung 9
bildet. Die Abb. i und q. stellen verschiedene Ausführungsarten dieser Teile dar.
Die Teile 52 und 53 sind durch eine Platte 58 getrennt. Diese leicht geschweifte
Platte ist durchbohrt, um die Luft und den Dampf durch die Öffnungen 59 durchtreten
zu lassen. Nach der Art der Konstruktion des Deckels 57 kann die Platte 58, wie
in Abb. i, in der Verbindungsebene 6o oder mehr oder weniger unterhalb dieser Ebene
sein (Abb. q.). Im ersteren Falle kann sie in die Verbindung selbst eingesetzt sein
und durch deren Anzug gehalten werden. Im zweiten Falle kann sie in einer Ausnehmung
61 ruhen, die, wie in Abb. q. dargestellt, in der Behälterwandung vorgesehen ist.
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Gegenüber den Öffnungen 59 verbindet ein Rohr 62 die Kammer 53 mit
der Außenluft. Dieses Rohr ist je nach dem Falle in der Wandung des Deckels 57 (Abb.
i) oder in derjenigen des Behälterkörpers angeordnet (Abb. q.). Außer den Öffnungen
59 besitzt die Platte 58 eine oder mehrere kleine Öffnungen 63, die vorzugsweise
mit kleinen Rohren 64 versehen sind, welche bis zu einer gewissen Tiefe in den Raum
52 sich erstrecken, um dem Kondensationswasser zu gestatten, abzuströmen, wobei
sie den Durchtritt des Dampfes durch diese Öffnungen auf ein Minimum verringern.
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Die Kondensationsvorrichtung kann auf verschiedene Art und Weise ausgeführt
werden, z. B. wie es in den Abb. q., 5, 6 gezeigt ist. Die Rippen 65 sind angeordnet,
um die Kondensationsfläche auf den Boden des Deckels zu vergrößern, damit sie den
Dampf und die Luft zwingen, zwischen ihnen umzulaufen, um von den Öffnungen 59 nach
dem Rohr 63 zu strömen. Diese Rippen können mehr oder weniger in Verbindung mit
dem Teil 58 kommen, um ent-,veder konzentrische Zonen zu bilden, die, wie in Abb.
5 dargestellt ist, untereinander in Verbindung stehen oder um eine spiralförmige
Führung zu bekommen, wobei die Zonen von der Mitte nach außen gehen und von der
Luft
und dem- Dämpf durchströmt sind: In diesem Falle sind mehrere
Öffnungen 59 in der Mitte der Platte 58. Außerdem dienen in dem Doppelboden selber
einige Widerstände 66d dazu, den Strom zwischen den beiden Röhren zu zerreißen.
Diese Rippen 65 und Widerstände 6611 verstärken auch den Boden des Deckels.
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Der Deckel 57 besitzt außerdem Übergänge für die Eintrittsrohre
io und Austrittsrohre ii, welche an den Enden ein und desselben Durchmessers des
Doppelbodens angeordnet sind. Am oberen Teil des Deckels ist ein Hahn 69. angeordnet.
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Das Wasser ist während der Einheizperiode auf dem Niveau X-X' oder
ein wenig darunter. Die Ausdehnung des Wassers der ganzen Anlage führt es allmählich
bis auf dieses Niveau oder ein wenig darüber, wo die erste Strömung sich entwickelt.
Das Wasser und der zurückgedrängte Dampf entweichen durch die Öffnungen 59, sodann
entströmt die von dem zum großen Teil kondensierten Dampf befreite Luft, nachdem
sie die Kammer 53 durchquert hat, durch das Rohr 62. Die Zurückstauung ist beendet,
die Ejektortätigkeit dauert einen Augenblick fort, und der Ejektordampf, der bei
dem Durchströmen nicht kondensiert ist, füllt die Räume 51 und 52 an und erreicht
auf demselben Weg das Rohr 62. Der Versuch zeigt, daß die Einrichtung den Dampf
nahezu vollständig kondensiert. Dieser Dampf gibt seine Kalorien an das in dem Raum
9 des Deckels 57 enthaltene Wasser ab, welches sie dem Kessel zuführt.
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Wenn die Rückkehr des . Wassers vor sich geht, wird das warme Wasser
von den Räumen 50 und 51 in den Strom angesaugt. Die Luft tritt wieder in
den Behälter D durch das Rohr 62 und die Mündungen 59. Zu gleicher Zeit wird das
wieder erwärmte Wasser des Deckels 57 ersetzt durch das abgekühlte Wasser aus der
Anlage, und der Kreislauf beginnt von neuem.
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Während der Ruhe kondensieren die Dämpfe, welche in dem Behälter hochsteigen,
gleichmäßig in dem Raum 53, geben ihre Kalorien an das Wasser des Deckels ab und
können so keinen Verlust verursachen.
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Ein Niveaurohr 70 (Abb. i) gestattet, die Wirkungsweise des Apparates
zu überwachen.