Verfahren zur Herstellung von Warmwasser und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Warmwasser in einem Warmwasserbehälter mittels eines in der Wassermasse angeordneten, in einem hermetisch geschlossenen Verdampfungs- und Kondensationssystem für ein Wärmeübertra- gungsmittel eingeschalteten Kondensators, in dessen oberem Teil kondensierender Dampf dieses Wärmeübertragungsmittels in Gegen wart eines nicht kondensierenden Gases ein geführt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf dazu gebracht wird, unter Verflüssigung bei an genähert konstantem Druck sukzessive das nicht kondensierende Gas an immer tiefer gelegene Teile des Kondensators zu verdrän gen und somit das umgebende Wasser auf eine vorausbestimmte, von dem gewählten Druck abhängige Temperatur unter dem Kochpunkt des Wassers schichtweise zu er wärmen.
Eine bevorzugte Einrichtung zur Durch führung des erfindungsgemässen Verfahrens unterscheidet sich dadurch von bekannten Einrichtungen, dass ein Verdampfungs- und Kondensationssystem ausser einem Wärme übertragungsmittel noch ein unter den Be triebsverhältnissen des Systems nicht konden sierendes Hilfsgas enthält in einer derartigen Menge und mit einem derartig gewählten Druck, der im Betrieb annähernd konstant bleibt, dass die Kondensationsstelle des vom Übertragungsmittel gebildeten Dampfes von oben nach unten durch eine von einer höher gelegenen Stelle des Warmwasserbereiters zu einer tiefer gelegenen Stelle desselben füh rende Leitung verschoben wird, bei einer an nähernd konstanten Kondensationstempera tur unter dem Siedepunkt des Wassers.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfin dung soll unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung beispielsweise beschrieben werden.
Die Zeichnung veranschaulicht schema tisch ein Ausführungsbeispiel der Vorrich tung gemäss der Erfindung, bei dem ein mit Hilfsgas gefülltes Verdampfungs- und Kon densationssystem als Wärmequelle einer Warmwasseranlage benutzt wird.
In der Vorrichtung, die in der Zeichnung dargestellt ist, ist ein kleiner Kocher 2 unter einem Hauptbehälter 1 für Warmwasser an gebracht. Der Kocher kann mit Gas, Petro leum, Öl oder ähnlichem oder elektrisch er wärmt werden; aber aus praktischen Gründen ist er im Ausführungsbeispiel mit einem Gas brenner 3 betrieben, von welchem die warmen Abgase erst nach unten und dann nach oben rings um die untere Partie des Kochers in ein Schornsteinrohr 3I1. gelangen. Die Wärme- zufuhr kann mittels Therinostatvorrichtuug 4, 5 abgebrochen werden, entweder vollstän dig bei elektrischem Betrieb oder in Fällen, w o Gas oder Öl benutzt wird, teilweise derart, dass nur noch eine Zündflamme brennt.
Diese Thermostatvorrichtung wird durch Impulse vom Behälter 1 in Tätigkeit gesetzt, wenn das Wasser eine vorausbestimmte Temperatur er reicht. Der Behälter 1 ist mit einer Zufuhr leitung 1B, einer Ablaufleitung 1f1 und einer Isolation 1C versehen. Wenn der Kocher 2 arbeitet, ist er teilweise mit einer verdamp fenden Flüssigkeit 6, z. B. Wasser, gefüllt.
Der Dampf strömt in ein Dampfrohr 7, das zu dem obern Teil des Behälters 1 führt, wo es an eine schraubenförmig gewundene Rohr schlange 8 angeschlossen ist, deren Windungen liegend angeordnet sind Lind die innerhalb des Behälters angeordnet ist und sich über die ganze Länge des Behälters von oben nach amten erstreckt.
Es soll ein Dampfraum über der Flüssigkeit im Kocher 2 vorhanden sein, uun zu verhindern, dass Wasser in die Rohr schlange gelangt. Der untere Teil der Schlange 8 ist am Boden des Behälters 1 durch eine Leitung 9 an einen Behälter 10 angeschlossen, der als Gasabscheideraum, Gasbehälter und luftgekühlter Kondensator arbeitet und ausserhalb der Isolation des Be hälters 1 angeordnet ist, so dass er sich über dem Kocher und ausserdem fast ganz über dem untersten Punkte der Schlange 8 befin det.
Der luftgekühlte Kondensator und der Gasbehälter werden normalerweise von einem und demselben Teil 10 gebildet, aber in ge wissen Fällen kann eine Aufteilung des Be hälters 10 geeignet sein, so dass Gas vorn Kondensator in den Gasbehälter geführt wird. Kühlrippen 10A sind am Behälter 10 angebracht. Der untere Teil des Behälters 10 ist auch an den Kocher durch eine verhältnis mässig enge Leitung 11 angeschlossen, die einen Flüssigkeitsverschluss 11f1 bildet.
Diese Leitung dient als Zurückleitung für Konden sat von der Schlange 8 bzw. dem Behälter 10 zum Kocher.
Der Kocher 2, das Dampfrohr 7, die Schlange 8, die Leitung 9, der Behälter 10 und die Zurückleitung 11 bilden zusammen ein hermetisch geschlossenes Verdampfungs- und Kondensationssystem. Dieses System ar beitet geeigneterweise mit Wasser als Wärme übertragungsmittel. Als druckausgleichendes Gas kann z. B. Stickstoff benutzt werden.
Das Verdampfungs- und Kondensations system wird erst vollständig geleert, und da nach wird das System mit destilliertem IATasser gefüllt, wobei eine Menge, die mir teilweise den Kocher füllt, genügend ist, und danach wird druckausgleichendes Gas bis zu einem vorausbestimmten Druck in das System durch ein Ventil 12 geführt.
Durch die Wahl von geeigneten Rauminhalten der verschie denen Teile, die das Verdampfungs- und Kondensationssystem bilden, wie auch durch Wahl von einem geeigneten Füllungsdruck des druckausgleichenden Gases wird dieses System dazu gebracht, auf eine besondere Weise zu arbeiten, wobei Nachteile bereits be kannter Warmwassersysteme beseitigt werden.
Wenn das Verdampfungs- und Kondensa tionssystem bis zu einem Zehntel (0,1) Atmosphäre Druck gefüllt ist und Wärme dem Kocher zugeführt wird, wird das Wasser zu kochen anfangen und Dampf bei einer Temperatur von annähernd 46 C abgeben. Der Dampf strömt aufwärts durch das Dampfrohr und presst das druckausglei chende Gas vor sich hin. Wenn das druck ausgleichende Gas so weit weggeschoben ist, dass der obere Teil der Schlange im Behälter von dem druckausgleichenden Gas befreit ist, ist der Druck des druckausgleichenden Gases und infolgedessen der Druck im ganzen Sy stem erhöht. Dieser erhöhte Druck bedeutet einerseits, dass das Wasser im Kocher nun bei einer etwas höheren Temperatur kocht, als es am Anfang der Fall war.
Diese Druck erhöhung und infolgedessen auch die Tempe raturerhöhung des Dampfes können im voraus nach Wunsch bestimmt werden. Wenn wir annehmen, dass die Verhältnisse derart sind, dass, wenn der obere Teil der Schlange 8 im Behälter vom druckausgleichenden Gas be freit ist, der Druck 0,11 Atmosphäre ist, wird dies einer Temperatur von annähernd 47,5 C entsprechen. Der Dampf wird nun im obern Teil der Schlange 8 kondensieren und er wärmt dabei das Wasser im Behälter, das diesen Teil der Schlange umgibt und das aus der obern -Wasserschicht im Behälter besteht.
Wenn die Temperatur dieses Wassers eine Höhe von 47,5 C erreicht oder sich dieser Temperatur nähert, ist der Wasserdampf im vorgenannten Schlangenteil nicht mehr kon- densierbar, sondern er beginnt das druck ausgleichende Gas vorwärtszutreiben und es aus dem nächsten Teil der Schlange wegzu schieben. Kondensation findet dann statt in dem nächsten Teil der Schlange, und die Wasserschicht, die diesen Teil der Schlange umgibt, wird erwärmt. Auf diese Weise setzt sich die Erwärmung fort, gemäss dem, was vorher beschrieben ist.
Die Erwärmung des Wassers schreitet auf diese Weise im Vorrats behälter nach unten weiter, bis die ganze Schlange von dem druckausgleichenden Gas, das jetzt im Gasbehälter aufgesammelt ist:, befreit wird. Es ist offenbar, dass bei einem Rauminhalt der Schlange derart, dass dieser z. B. ein Viertel vom Rauminhalt des Gas behälters ist, der endgültige Druck im System, wenn die ganze Schlange vom druckausglei chenden Gas befreit ist, z. B. ungefähr 0,132 Atmosphäre beträgt, welcher Druck an nähernd einem Siedepunkt und einer Tempe ratur von 51 C entspricht. Obwohl der Ver lauf oben beschrieben worden ist, als ob er stufenweise erfolgen sollte, wird derselbe in Wirklichkeit einen kontinuierlichen Verlauf haben.
Das Wasser, das sich bei der Konden sation bildet, strömt zum Kocher durch die schon beschriebene Zurückleitung 9, 11. Am Ende der Erwärmungsperiode ist der Tempe raturunterschied zwischen der obern Wasser schicht und der Bodenschicht nur 2 oder 3 Grad.
Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass der eingangs erwähnte Nachteil bei bereits bekannten Warmwasser systemen beseitigt worden ist. Der Behälter hat, wie die im allgemeinen benutzten Warm wassersysteme, eine Ablaufleitung für Warm wasser am obern Ende und eine Zulassleitung für kaltes Wasser am Boden. Wenn eine ver hältnismässig kleine MengeWarmwasser, sagen wir ein Viertel des ganzen Behälterinhaltes, entfernt wird, nachdem die Erwärmungs periode beendigt ist, bedeutet dies, dass das Viertel des Behälters, das sich am Boden be findet, mit kaltem Wasser gefüllt wird, wo hingegen die übrigen drei Viertel des Be hälters immer noch mit Warmwasser gefüllt. sind.
Der Zufluss des kalten Wassers am Boden des Behälters führt eine Einschaltung des Kochers und eine schwache Senkung des Druckes im System herbei, und das druck ausgleichende Gas gelangt in ungefähr die gleiche Lage, die es einnahm, als nur drei Viertel des Behälters, vom Oberteil des Be hälters gerechnet, erwärmt waren, und die Erwärmung des tiefer gelegenen Viertels des Vorratsbehälters findet nun in der gleichen Weise statt wie bereits beschrieben. Es ist somit deutlich, dass nach Abzapfen jeder ge wünschten Menge von Warmwasser aus dem Behälter Wärme vom Kocher allein dem kal ten Wasser automatisch zugeführt wird, das am Boden des Behälters eingeströmt ist, wo gegen der obern Schicht des Behälters keine Wärme zugeführt wird. Das ist ein Vorteil, den bereits bekannte Systeme nicht besitzen.
Früher ist bereits gesagt worden, wie man durch Füllen des Systems mit druckausglei chendem Gas bis zu einem Zehntel Atmosphäre Druck im Behälter eine praktisch genommen gleichmässige Temperatur von etwa 50 C er reicht. Es ist ganz offenbar, dass, wenn der Druck der Anfangsfüllung höher als 0,1 Atmosphäre ist, die im Vorratsbehälter er reichte Temperatur höher werden würde. Das System kann darum durch entsprechende Wahl des Füllungsdruckes so ausgeführt wer den, dass die Temperatur im Vorratsbehälter zu jeder gewünschten Höhe steigt. Der Druck kann sogar mehr als eine Atmosphäre sein. So kann z.
B. zur Erwärmung von Flüssig keit über 100 C Wasser und druckausglei- chendes Gas bei einem Druck äber Atmo sphärendruck in geschlossenem System be nutzt werden. Wenn die gewünschte Tempe ratur im Vorratsbehälter 1 erreicht ist, soll der Thermostat die Wärmezufuhr abbrechen. Der Thermostatteil 4, der die Impulse emp fängt, soll am Boden des Behälters ange bracht sein, damit die Wärmezufuhr unmit telbar einsetzt, sobald Wasser entfernt wird.
Wenn der Thermostat dagegen aus irgend einem Grunde nicht in der Lage ist, aus schalten zu können, wird noch weiterhin dem Behälter 1 Wärme zugeführt, was aber eine unmittelbare Erhöhung des Druckes bedeu tet, und folglich wird das druckausgleichende Gas zusätzlich komprimiert. Da das druck ausgleichende Gas nun von der Schlange 8 in den Vorratsbehälter gedrückt ist, bedeu tet der erhöhte Druck, dass das druck ausgleichende Gas nun in dem Gasbehälter 10 komprimiert wird, wobei dessen Bodenteil von druckausgleichendem Gas befreit ist.
In folgedessen wird Dampf in den Gasbehälter hineinströmen und an seinem Bodenteil kon densieren. Eine solche Kondensation wird sofort stattfinden, da der Gasbehälter ausser halb der Isolation des Warmwasserbehälters angebracht ist, wo er als ein luftgekühlter Kondensator arbeitet.
Weil hierbei der Druck im System steigt, wird das druckausglei- ehende Gas im Gasbehälter mehr und mehr komprimiert werden, und folglich wird eine immer grössere Kondensationsfläche für den Dampf im Gasbehälter freigemacht werden, und eventuell wird ein Stadium erreicht, bei dem die ganze Dampfmenge, die vom Kocher zugeführt ist, in den Behälter hereinströmen wird, wo er kondensieren wird und das Kon densat durch die Zurückleitung zum Kocher zurückströmt. Ein Druck im System von z. B.
einer halben (0,5) Atmosphäre entspricht einer Temperatur von ungefähr 81 C, und es besteht keine Schwierigkeit, den Gasbehälter mit einer genügend grossen Fläche zu ver sehen, z. B. indem man ihn mit Rippen 10A versieht, wie veranschaulicht, damit die ganze Dampfmenge im Gasbehälter kondensiert und alle Kondensationswärme ohne weitere Er höhung des Druckes entfernt werden kann.
Es ist darum offenbar, dass durch geeignete Bemessung des Gasbehälters dieser Teil des Apparates so gemacht werden kann, dass er das Warmwassersystem insofern schützt, als seine Temperatur niemals z. B. 81 C über steigen kann. Sobald die Wärmezufuhr abge sperrt ist, wird kein Dampf im Kocher mehr gebildet, und folglich hat der Umlauf im Verdampfungs- und Kondensationssystem sich vermindert. Da das Warmwasser im Be hälter mit den erwähnten Flächen, die ausser halb des Behälters angeordnet sind, nicht in Verbindung steht, gibt es keine Möglichkeit zur I3erabkühlung des Wassers im Behälter durch Umlauf dieses Wassers.
Einer der grössten Nachteile bekannter Warmwassersysteme ist, dass Abseheidungen von Kalk an den Erwärmungsflächen statt finden. Bei der erläuterten Vorrichtung sind die Erwärmungsflächen, das heisst die beheiz ten Flächen des Kochers, nur mit der ver dampfenden Flüssigkeit in Berührung, die vorzugsweise aus destilliertem Wasser besteht, und dieses Wasser zirkuliert, in Form von ausgehendem, gesättigtem Dampf und ein strömendem kondensiertem Wasser, solange das System arbeitet,
und folglich können keine Kalkfällungen an den Erwärmungs flächen im Kocher entstehen. Die Gefahr der Kalkfälhmg an der Schlange im Behälter ist nicht annähernd so gross wie an unmittelbar erwärmten Flächen, besonders, da bei einem für Haushaltsgebrauch gebauten System die Temperatur im Behälter nicht auf Höhen ge bracht zu werden braucht, wo die Gefahr einer Fällung gross ist. Da der Kocher eine relativ kleine Menge von Verdampfungsmit- tel enthält, erreicht er sehr bald eine Tempe ratur, die über dem Kondensationspunkt der Schornsteingase liegt.
In gewissen Fällen kann der Behälter 10 innerhalb des Behäl ters 1 angebracht werden, wie in der Figur mit punktierten Linien angedeutet ist, aber er würde dann nicht lange als Kondensator funktionieren, und es würde notwendig sein, sich darauf zu verlassen, dass der Thermostat die Wärmezufuhr bei der richtigen Tempera tur absperrt. Die Konstruktion würde gewisse Vorteile mit Rücksicht auf die Kostenfrage haben.
Die Wasserfläche im Wasserschloss 11r1. wird höher stehen in dem äussern Schenkel als in dem Schenkel, der dem Kocher zu geordnet ist, da der Druck am Ablaufende der Schlange 8 etwas geringer als am Zu fuhrende ist, abhängig vom Reibungswider stand gegen die Strömung des Dampfes.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestell ten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auf vielfache Weise im Rahmen des der Erfindung zugrunde liegenden Hin. dungsgedankens verändern.