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Dampfbeheizter, wassergefüllter Heizkörper Die Erfindung betrifft
einen Heizkörper, der im normalen Betriebszustand mit Wasser gefüllt ist und dessen
Erwärmung mit Hilfe von Dampf erfolgt. Solche Heizkörper kommen für verschiedene
Wärmeaustauschzwecke in Frage, sind aber insbesondere für Zwecke der Raumheizung
geeignet.
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Dampfheizungsanlagen für Wohnräume werden in der Regel mit Dampfdrücken
von i,i bis 1,5 ata betrieben. Warmwa.sserheizkörper arbeiten mit einer Vorlauftemperatur
bis zu go° C und einer Rücklauftemperatur von 70" C. Die Innenwand der Dampfheizkörper
nimmt nahezu gleichmäßig die Dampftemperatur, d. h. eine Temperatur von etwa ioo
bis i5o° C, an, während die Innenwandtemperatur von Warmwasserheizkörpern im oberen
Teil bis zu 9o°, im unteren Teil bis zu 7ö° C, im Mittel also etwa 8o° C beträgt.
Entsprechend den Wärmeübergangsverhältnissen bei diesen mittleren Heiztemperaturen
gegenüber der Raumtemperatur von etwa 2o° C ist bei einem Warmwasserheizkörper die
Heizfläche um etwa 70N0 größer zu bemessen als bei einem Dampfheizkörper
gleicher Wärmeleistung. In ähnlichem Verhältnis stehen die Anlagekosten zueinander.
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Warmwasserheizkörper geben infolge ihrer niederen Temperatur eine
als, angenehm empfundene Wärme ab, während die höhere Temperatur von Dampfheizkörpern
zu Staubverschwelungen führt. Andererseits aber erfordert der Anschluß von Warmwasserheizkörpern
größere Rohrleitungen als der Anschluß von Dampfheizkörpern.
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Nun muß die Heizfläche in jedem Fall für den höchsten Wärmebedarf
bei der tiefsten Außentemperatur bemessen werden. Diese tiefste Außentemperatur,
die der Bemessung zugrunde zu legen ist, wird aber nur in kalten Wintern und auch
dann
nur an wenigen Tagen erreicht, während sie in normalenWinternüberhäuptnichtauftritt.
Während des größten Teils der Heizzeit muB daher die Wärmezufuhr in :den Heizkörper
durch ein Regelventil gedrosselt werden. Bei Warmw asserheizkörpern stellt sich
dabei eine niedrigere, mittlere Temperatur ein. Ein gedrosselter Dampfheizkörper.
hingegen regelt seine Wärmeabgabe -dadurch, daß der obere Teil die volle Dampftemperatur
beibehält, während) der untere Teil sich abkühlt. Dadurch ergibt sich der Nachteil"daß
die kalte Bodenluft- nicht mehr angewärmt wird. -Um :die Vorteile :der Warmwasserheizung
mit denjenigen (der Dampfheizung zu vereinigen, hat man daher schon vorgeschlagen,
die mit Wassergefüllt sind, während die Beheizung durch Dampf erfolgt. Solche Heizkörper--ähneln
in ihrem äußeren Aufbau den bekannten Warmwasserheizkörpern und bestehen aus mehreren
-nebeneinänderliegendenGliedern, von denen eines als dampfbeheiztes Glied ausgebildet
ist. In diesem Glied ist ein senkrechtes, unten offenes Rohr. angeordnet, dessen
oberem Ende der Heizdampf zugeführt wird. Vor Beginn des Heizvorganges ist das Rohr
mit Wasser gefüllt, und zwar steht der Wasserspiegel im Innern,des Rohres nachdem
Prinzip der kommunizierenden Röhren ebenso hoch wie in dem Heizglied. Bei Dampfzufuhr
wird durch. dessen Druck der Wasserspiegel im Innern des Rohres gesenkt, so daß
:der den oberen Teil des Rohres füllende Dampf -durch die Rohrwand hindurch das
Wasser des betreffenden Heizkörpergliedes erwärmt. Da die Absenkung des Wasserspiegels
von dem Dampfdruck abhängt, kann -durch Regelung der Dampfzufuhr die Beheizung dieses
Gliedes innerhalb gewisser Grenzen eingestellt werden.
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Bei diesen bekannten Ausführungsarten ist das als Zwischenheizkörper
dienende Rohr so bemessen, daß innerhalb des ganzen vorgesehenen Leistungsbereiches
die Wärmeübertragung von. dem Zwischenheizkörper auf dien Wasserinhalt ausschließlich
durch Wärmeaustausch über -die Rohrwänid erfolgt und daß auch bei höchster Leistung
,der Dampf niemals unten austritt.
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Das :dampfbeheizte Glied steht nun oben und unten in :der bei Warmwasserheizkörpern
üblichen Weise mit den benachbarten Gliedern des Heizkörpers inVerbindung; so daß
diese anderenGlieder durch Umlauf des im Heizkörper befindlichen Wassers mit erwärmt
werden.
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Dampfbeheizte, wassergefüllte Heizkörper dieser Art haben den Nachteil;
daß :die Regelfähigkeit und auch die Leistung begrenzt sind. Wohl haben solche Heizkörper
den Vorteil, -daß die Zuleitungsrohre etwa ebenso schwach ausgeführt werden können
wie sonst bei Dampfheizungsanlagen. Der Heizkörper selbst entspricht jedoch- in
seiner Wirkung im wesentlichen einem normalen Wärmwasserheizkörper, muß also- für
eine gewünschte Wärmeleistung etwa, ebenso groß bemessen werden wie ein solcher.
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Die Erfindung geht nun von, .diesem bekannten Grundgedanken aus, schafft
aber die Möglichkeit, :den Heizkörper für die wenigen besonders kalten Tage bis
etwa zur Dampftemperatur zu erwärmen, so @daß er dementsprechend, auch nur etwa
so groß bemessen zu werden. braucht wie ein Dampfheizkörper gleicher Leistung. Während
des überwiegenden- Teils der Heizzeit aber arbeitet er mit mäßigeren Temperaturen,
d. h. so wie ein Wärmwasserheizkörper. Er besitzt einen sehr weiten Regelbereich
und vereinigt somit die Vorteile einer Dampfheizung mit denjenigen einer Warmwasserheizung
in vollem Umfang, ohne deren Nachteile.
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Der Heizkörper gemäß vorliegender Erfindung, der in normalem Betriebszustand
mit Wasser gefüllt ist, ist in bekannter Weise mit einem in seinem Innern angeordneten,
nach unten offenen Zwischenheizkörper versehen, (dein Heizdampf zugeführt wird.
Dieser Dampf erwärmt das Heizwasser und schlägt sich in 4hrn nieder, wobei das im
Zwischenheizkörper befindliche Wasser je nach dem Grad der Belastung teilweise oder
ganz nach unten hinausgedrängt wird, so @daß die Dampfwärme durch Wärmeaustausch
über einen entsprechenden Teil der Wand des Zwischenheizkörpers auf die Wasserfüllung
es Hauptheizkörpers übertragen wird. Im Unterschied zu den bekannten Ausführungsarten
ist er jedoch durch eine solche Bemessung des Zwischenheizkörpers gekennzeichnet,
daß ab Über-` schreiten des Bereiches durchschnittlicher Belastung Dampf unten aus
dem Zwischenheizkörper auszuströmen beginnt und innerhalb des Bereiches starker
Belastung sich dem Wasserinhalt des Hauptheizkörpers zumischt. Hierbei ist es möglich;
den ganzen Heizkörper mit jeder beliebigen Temperatur bis hinauf zur Dampftemperatur
zu beheizen. Daraus -ergibt sich, daß der Heizkörper gemäß vorliegender Erfindung
nur so groß zu sein braucht; wie ein Dämpfheizkörper für die höchste, in seltenen
Fällen überhaupt in Frage kommende Leistung. Bei durchschnittlichen Leistungen,
wie sie beispielsweise bei einem Zimmerheizkörper im überwiegenden Teil der kalten
Jahreszeit in. Frage kommen, .arbeitet er mit der milden Wärme einer Warmwasserheizung.
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Gemäß weiterer Erfindung ist der Zwischenheizkörper innerhalb des
Hauptheizkörpers so angebracht, daß er etwa dessen gesamten Wässerinnalt unmittelbar
erwärmt. Im Gegensatz hierzu wind bei den bekannten Ausführungsarten nur ein einziges
Glied unmittelbar beheizt, während die benachbarten Glieder durch Umlauf heißen
Wassers aus diesem beheizten Glied mittelbar erwärmt werden, so daß deren Temperatur
immer wesentlich niedriger liegt als diejenige des beheizten Gliedes. Dieser Umstand
bedeutet eine schlechte wirtschaftliche Ausnutzung der wärmeabgebenden Heizkörperaußenfläche.
Auch kann. das Anheizen hierbei nur langsam erfolgen. Demgegenüber gestattet die
erfindungsgemäße Anordnung des Zwischenheizkörpers ein sehr schnelles Anheizen und
ein vollkommen gleichmäßiges Beheizen :des gesamten Heizkörpers. Insbesondere kommt
es hierbei auf die Anordnung der Dampfaustrittöffnungen am Zwischenheizkörper an.
Auch diese sollen so liegen,
daß etwa der gesamte Wasserinhalt des
Hauptheizkörpers durch den bei starker Belastung erfolgenden Dampfaustritt unmittelbar
erfaßt wird, wozu es genügt, wenn die Austrittöffnungen sich über .eine gewisse
Breite des Hauptheizkörpers erstrecken, anstatt nur innerhalb eines einzigen Gliedes
zu liegen wie bei den bekannten Ausführungsarten.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens ist in ,der Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Diesem Heizkörper, der im normalen Betriebszustand
mit Wasser.gfüllt ist, wird der Heizdampf durch das von links oben e,intr.etende
Dampfrohr zugeführt. Zur Regelung der Dampfmenge ist in das Rohr ein Regelventil
R eingebaut. Das Dampfrohr verläuft innerhalb des Heizkörpers nach unten und endet
in dem Zwischenheizkörper Z, dessen Hauptteil im unteren Bereich des Hauptheizkörpers
angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur das letzte Glied von der
Einwirkung des Zwischenheizkörpers Z ausgenommen, und zwar aus Gründen, die später
angeführt sind. Die Heizfläche des Zwischenheizkörpers ist nach unten offen.
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Bei Beginn des Heizvorganges möge derZwischenheizkörper Z mit Wasser
gefüllt sein, und zwar wird dieses in der Regel auch den an der linken Seite aufsteigenden
Teil idees Zwischenheizkörpers wie auch das nach oben anschließende Dampfrohr erfüllen.
Wird das Regelventil R geöffnet, so strömt Dampf ein, welcher hond'einsiert. Mit
steigender Wassertemperatur jedoch füllt sich der Zwischenheizkörper in zunehmendem
Maße mit Dampf, so daß sein Wasserstand sinkt, beispielsweise auf die in ,der Zeichnung
dargestellte Höhe. In geringem Maße findet zwar stets eine Wärmeübertragung auf
die Oberfläche des im Zwischenheizkörper befindlichen Wassers, d. h. also unmittelbar
auf die Wasserfüllung, statt. Bei abgesenktem Wasserspiegel jedoch wird der Hauptteil
der Dampfwärme, praktisch etwa die gesamte Dampfwärme, durch die Wand .des mit Dampf
erfüllten Teils des Zwischenhei7körpers auf die Wasserfüllung des Hauptheizkörpers
übertragen. Je nach dem Stand dies Wasserspiegels im Zwischenheizkörper vergrößert
bzw. verkleinert sich in dieser Weise die wirksame H.eizflä ehe des letzteren.
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Diese Zwischenheizfläche ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß sie
die gesamte Wärmeleistung des Heizkörpers bis zur Erwärmung des im Hauptheizkörper
befindlichen Umlaufwassers auf eine über 6o' C liegende Temperatur übertragen kann.
Diese Greiirhedingung kann durch passende Bemessung der Größe des Zwischenheizkörpers
im Verhältnis zu derjenigen des Haupthe,izhörpers festgelegt werden, sei es durch
wärmetheoretische Berechnungen, sei es, was in der Praxis vorzugsweise in Frage
kommen wird', auf empirischem Wege.
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Wird im Betrieb des Heizkörpers diese durch die Bauart und Bemessung
des Zwischenheizkörpers festgelegte Temperaturgrenze von 6o° C erreicht, so 1)ecl#°utet
dieses, daß der zugeführte Dampf den Innenraum des Zwischenheizkörpers völlig füllt
und d'aß das Wasser aus diesem nasch unten ganz hinausgedrängt ist. Bei dieser Temperatur
ist,dann in dein Zwischenheizkörper der niedrigste Wasserstand erreicht, und es
ist damit die gesamte Zwisch-enheiizfläche wirksam geworden. Bei stärkerer Dampfzufuhr
tritt .dann der Dampf auf der Unterseite des Zwischenheizkörpers aus und mischt
sich mit dem Umlaufwasser des Hauptheizkörpers. Da auf diese Weise die Wärme des
Hei,zdarnpfes auf das Umlaufwasser durch einen Mischvorgang unmittelbar übertragen
wird, ist es möglich.. dieses Umlaufwasser durch Steigerung der Dampfzufuhr bis
auf die Dampftemperatur selbst zu erwärmen, so daß zu Zeiten großer Kälte eine große
Wärmeleistung übermittelt «-erden kann, und zwar ist diese Wärmeleistung etwa, ebenso
groß wie bei einem Dampfheizkörper gleicher Abinüssung. Der überströmende Dampf
tritt in siimtl.iclie über seinen Ausströmöffnungen A befindliche Glieder des Heizkörpers
unmittelbar ein, so daß alle- dies.- über den Ausströmöffnungen stehenden Wassersäulen
an d,et-Erwärmung bis auf Dampftemperatur unmittelbar teilnehmen, was bei einer
mittelbaren Speisung der einzelnen Glieder wie bei den bekannten Ausführungsarten
durch Wasserumlauf nicht erreicht werden könnte. .
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An sich ist es technisch möglich, die Grenztemperatur, bei welcher
der zugeführte Dampf beginnt, auf der Unterseite des Zwischenheizkörpers auszutreten,
beliebig zu wählen. Denn wesentlich dafür, ,daß die heiztechnischen Vorzüge der
Warmwasserheizung mit denjenigen derDampfheizung vereinigt werden, ist nur das Merkmal,
daß der DampfühLrtritt innerhalb des gesamten Leistungsbereiches einsetzt, für den
der Heizkörper bestimmt ist. Die angegebene Grenztemperatur von 6o° C ist jedoch
deshalb vorteilhaft, weil oberhalb dieser Wassertemperatur das Einleiten von Dampf
in Wasser mit wesentlich geringerem Geräusch verbunden ist.
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Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Wärme durch den Zwischenheizkörper
ül)erwiegend im unteren Teil des Hauptheizkörpers ül>crtrageti bzw. an der tiefsten
Stelle unmittelbar als Dampf zugemischt wird, bewegt sich das Umwälzwasser innerhalb
des Hauptheizkörpers in einem kurzg-eschlossenen Kreislauf. Ein meßbarerTemperaturunterschied
innerhalb dieses Wasserkreislaufes tritt nicht ein. Die Heizfläche ist daher vollkommen
gleichmäßig belastet.
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Wie bei den bekannten dampfbeheizten, wassergefüllten Heizkörpern
ist auch bei dem Heizkörper gemäß vorliegender Erfindung ein Überlaufrohr vorgesehen.
Dieses führt das durch Dampfkondensation vermehrte Umlaufwasser ab, jedoch erst
dann, wenn: der Heizkörper bis zu seiner normalen Betriebshöhe gefüllt ist. Dieses
Rohr, das gleichzeitig auch zur Entlüftung dient, ist im letzten Heizkörperglied,
das in der Zeichnung rechts dargestellt ist, angeordnet.
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Der Wasserinhalt des Heizkörpers kann d-_irch einen besonderen Hahn
H abgelassen «-erden. Wird nach vorangegangener Entleerung der Hahn I-1
wieder
geschlossen, so füllt sich der Hauptheizkörper durch den kondensierten Dampf von
selbst auf. Während des Betriebs bleibt der Hahn H geschlossen. DieWärmeleistung
des Heizkörpers wird lediglich mittels des Ventils R geregelt. Da sich der Wasserstand
innerhalb ides Zwischenheizkörpers Z je nach der Wärmeleistung selbsttätig einstellt,
ändert sich also die Größe der wirksamen Wärmeaüstauschfläche des Zwischenheizkörpers
Z in: Abhängigkeit von dem jeweiligen Öffnungsgrad des Regelventils R. Somit kann
jede beliebige Temperatur :des Umlaufwassers eingestellt werden.
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Um ,zu vermeiden; -d'aß das Kondenisat mit der vollere Temperatur
abläuft, ist das Heizkörperglied, in welchem :das Überlaufrohr angeordnet ist, durch
je eine Verengung oberhalb und unterhalb des Wasserspiegels von :den, übrigen Gliedern
des Hauptheizkörpers abgetrennt. Auf diese Weise stellt sich wohl der .gleiche.
Wasserstand ein. Der Wasserinhalt dieses Überlaufgliedes nimmt jedoch an dem Umlauf
kaum teil und besitzt daher eine niedrigere Temperatur, so daß :er die Wärme des
durch das Überlaüfrohr abfließenden Kondensats aufnimmt. Sofern es erforderlich
ist, können an Stelle eines einzigen Überlaufgliedes mehrere überlaufglieder benutzt
werden, um eine ausreichende Abkühlung des ablaufenden Kondensats zu gewährleisten.