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Heizanlage Der Erfinder hat früher eine insbesondere für kleine Häuser geeignete Heizanlage vorgeschlagen, nach welcher der Heizkessel an einen Wärmespeicher in Form eines grösseren Wasserbehälters angeschlossen ist, von dem Wärme periodisch oder stossweise den Heizelementen des Gebäudes derart zugeführt wird, dass die Länge der Heizperioden normal im wesentlichen umgekehrt proportional zur jeweiligen Temperatur des Wärmespeichers schwankt. Für die Durchführung dieses Gedankens in der Praxis kann man sich im Prinzip verschiedene technische Ausführungsformen denken, z. B. die Ausbildung des Heizkessels mit Feuerung sowie Wasserspeicher als eine einzige Einheit oder die Ausführung des Wärmespeichers als einen vom eigentlichen Heizkessel völlig getrennten Behälter.
Im letzteren Fall wird diesem Behälter Warmwasser vom Heizkessel entweder mittels einer mechanisch angetriebenen Pumpe oder auch durch Selbstumlauf in Leitungen zugeführt, die nach für solchen Selbstumlauf üblichen Prinzipen angeordnet werden. Das Anordnen des Wärmespeichers als einen vom Heizkessel getrennten Behälter hat sich in der Regel als die zweckmässigste Ausführungsform dieser Heizanlage erwiesen.
Ausser einer Anzahl von Vorteilen hinsichtlich der Temperaturregelung und der Heizung führt jedoch diese Ausführungsform in der letztgenannten, am nächsten liegenden Ausbildung den Nachteil mit sich, dass einmal dem Speicher zugeführte Wärme nach beendeter Heizung im Heizkessel durch Selbstumlauf zum Heizkessel zurückströmen kann und dort teilweise zum Schornstein verloren geht, wenn nicht die Umlaufverbindung zwischen Kessel und Speicher nach beendetem Heizen unterbrochen wird.
Der Erfinder hat auch zwei etwas voneinander abweichende Verfahren zur überführung der Wärme vom Heizkessel zum Speicher vorgeschlagen, durch die man gleichzeitig den Nachteil des Zurückströmens der im Speicher gespeicherten Wärme zum Heizkessel vermeidet. Gemäss dem einen Verfahren wird Selbstumlauf wie früher zur überführung von im Heizkessel erwärmtem Wasser nach dem Speicher ausgenutzt.
Der Speicherbehälter ist dabei in bekannter Weise oberhalb des Heizkessels angeordnet und das vom Kessel aufsteigende warme Wasser wird dem Speicher durch Selbstumlauf zugeführt. Die Verbindungsleitungen zwischen dem Kessel und dem Speicher sind jedoch beide in den Speicherbehälter in einer in diesem Zusammenhang ungewöhnlichen Weise eingeführt, und zwar auf gleichem Höhenniveau und beide am Boden des Speichers. Es hat sich erwiesen, dass hierdurch ein Selbstumlauf in entgegengesetzter Richtung nach Beendigung des Heizens selbsttätig verhindert wird.
Gemäss dem anderen Verfahren werden der Wärmespeicher und der Kessel wenigstens zum Teil im gleichen Höhenbereich angebracht, die Wärme wird jedoch statt durch Selbstumlauf in diesem Falle vom Kessel dem Speicher mittels einer mechanisch angetriebenen Pumpe zugeführt, die mittels selbsttätig umstellbarer Ventile Warmwasser abwechselnd vom Kessel zum Wärmespeicher und zu den Heizelementen überführt. In diesem Fall wird unerwünschte Rückströmung von Wärme vom Speicher zum Kessel durch entsprechendes Einstellen der Ventile verhindert.
Das ersterwähnte Verfahren hat den Vorteil, dass man besondere selbsttätig umstellbare Ventile vermeidet, die die Kosten erhöhen und eine gewisse Gefahr hinsichtlich der Betriebssicherheit bedeuten.
Das letzterwähnte Verfahren hat den Vorteil, dass der Speicher auf dem gleichen Niveau wie der Heizkessel, das heisst zweckmässig unmittelbar auf dem Heizraumfussboden, angebracht werden kann,
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so dass die Ausführung des Speicherbehälters vereinfacht wird.
Die Erfindung betrifft eine Kombination der Vorteile beider dieser Verfahren, das heisst die Anordnung des Wärmespeichers und des Heizkessels wenigstens teilweise im gleichen Höhenbereich, wobei jedoch eine Wärmeüberführung vom Kessel zum Speicher durch Selbstumlauf des Wassers erfolgt, sowie die Durchführung dieses Selbstumlaufes derart, dass Wärme nur in Richtung vom Heizkessel zum Speicher, jedoch nicht in umgekehrter Richtung überführt werden kann. Das Problem ist dadurch gelöst worden, dass die Leitungsverbindung zwischen dem Heizkessel und dem Speicher in einer besonderen Weise ausgeführt wird.
Die Anordnung gemäss der Erfindung, bei der die Vorlaufleitung zwischen Heizkessel und Speicher vom Oberteil des Heizkessels abgeht, während die Rückströmleitung in den Unterteil des Heizkessels mündet, ist dadurch gekennzeichnet, dass Wärmespeicher und Heizkessel wenigstens zum Teil im gleichen Höhenbereich angeordnet sind, dass die Vorlaufleitung und die Rückströmleitung durch die Wand des Wärmespeichers wenigstens annähernd auf gleicher Höhe über dem Boden des Wärmespeichers eingeführt sind und dass die Rückström- leitung sich nach abwärts im Wärmespeicher erstreckt und in der Nähe des Bodens desselben mündet, um ein Rückströmen von kaltem Wasser vom Kessel zum Wärmespeicher und damit von warmem Wasser von letzterem zum Kessel zu verhindern,
wenn die Temperatur im Speicher zeitweise höher ist als im Kessel.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen Fig.l ein Beispiel der Anlage teilweise im Vertikalschnitt zeigt und Fig. la ein Schnitt durch eine Einzelheit gemäss einer anderen Ausführungsform ist.
Fig.2 zeigt den Kessel und den Wärmespeicher gemäss einer anderen Ausführungsform und .
Fig. 3 gemäss einer dritten Ausführungsform. Gemäss Fig. 1 besteht der Hauptteil der Anlage aus einem z. B. in einem Keller- aufgestellten Heizkessel. 1 und einem Behälter 2, der zum Teil im gleichen Höhenbereich wie der Kessel angeordnet ist und den als Wärmespeicher dienenden Wasservorrat aufnimmt. Der Kessel 1 kann in bekannter Weise periodisch oder kontinuierlich geheizt werden; er überführt seine Wärme auf den im Behälter 2 befindlichen Wasservorrat, der zweckmässig so gross ist, dass er zumindest den Wärmebedarf einer Nacht für das Gebäude deckt, in dem die Heizanlage eingebaut ist.
Wärme wird periodisch durch besondere Leitungen 16, 19 vom Speicherbehälter nach den Wärmeverbrauchsstellen des Gebäudes, z. B. Heiz- elemente 16a, beispielsweise mittels einer Pumpe 17 oder einem anderen Strömungsregler überführt, der durch einen Thermostat 18 in dem zu erwär- menden Raum beeinflusst wird. Die Laufzeit der Pumpe ist hierbei nicht nur von der Temperatur des betreffenden Raumes, sondern auch von der Temperatur im Wärmespeicher 2 abhängig, so dass ihre Laufzeit um so kürzer wird, je höher diese Temperatur ist.
Die Länge der Wärmeperioden, das heisst die Zeit, während der Wärme dem Speicher entnommen wird, schwankt somit umgekehrt proportional zu der im Wärmespeicher 2 jeweils herrschenden Temperatur - oder genauer gesagt: umgekehrt proportional zu der Differenz zwischen der Speichertemperatur und der Zimmertemperatur. Dieses Prinzip ist zuerst vom Erfinder vorgeschlagen worden; die vorliegende Erfindung bezweckt, mit einfachen Mitteln das gewünschte Strömen der Wärme zwischen Kessel und Speicher herbeizuführen.
Der Behälter des Speichers 2 ist mit einer Isolierschicht 3 versehen, die gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel von Aussenwänden 4, z. B. aus Gipsplatten auf Riegeln, den Wänden 5 des Kellers, dem Kellerfussboden 6 und der Decke 7 über dem Keller umgeben wird. Die Isolierschicht 3 kann jedoch natürlich auch in anderer Weise umgrenzt werden. Die vom Heizkessel 1 kommende Leitung 8 (Vorlaufleitung) geht vom Oberteil des Heizkessels 1 aus, während die Rückströmleitung 9 in der Nähe des Kesselbodens in den Kessel mündet. Beide Leitungen 8 und 9 sind bei 12 in den Wärmespeicher 2 auf gleichem Höhenniveau eingeführt; in Fig. 1 sind die Einführungsstellen der Deutlichkeit wegen etwas übereinander eingezeichnet.
Die Rückström- leitung 9 setzt sich nach dem Inneren des Speichers 2 fort und bildet darin einen senkrechten Rohrteil 10, der herab bis in die Nähe des Speicherbodens reicht, wo die Eintrittsmündung 13 des Rohres gelegen ist. Das Rohr 10 kann gegebenenfalls als dünnwandiges Blechrohr mit verhältnismässig grossem Querschnitt zur Verminderung der Strömungsverluste in diesem Teil der Rückströmleitung ausgeführt werden. Das Rohr 10 kann beispielsweise auch durch ein an die Speicherwand angeschlossenes gewölbtes Blech gemäss dem Querschnitt in Fig.la ersetzt sein.
Das im Inneren des Speichers 2 befindliche Rohr 10 kann weiterhin gegebenenfalls mit einer Wärmeisolierschicht 11 versehen sein, die den Zweck hat, den Wärmeaustausch zwischen dem vom Boden heraufgesaugten kälteren Wasser während dessen Strömung durch das Rohr 10 und dem das Rohr 10 umgebenden, wärmeren Wasser im Speicher zu verringern.
Durch diese Isolierung Il wird die grösst- möglichste Temperaturdifferenz zwischen der kälteren Wassersäule im Rohr 9 und der wärmeren Wassersäule im Kessel 1 und Rohr 8 erzielt, da das in der Nähe des Speicherbodens bei 13 eingesaugte etwas kältere Speicherwasser dann beim Durchströmen durch die höher gelegenen wärmeren Wasserschichten im Speicher nicht unnötig erwärmt wird.
Wenn das Wasser darauf durch den Rohrteil 9 strömt, hat es somit zufolge der Isolierschicht 11 eine niedrigere Temperatur als es sonst haben
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würde, weshalb die Temperaturdifferenz gegenüber dem Wasser im Rohr 8 und Kessel 1 entsprechend grösser gehalten und die Triebkraft für den Selbstumlauf zwischen dem Kessel 1 und dem Speicher 2 in entsprechendem Grad erhöht wird. Die Isolierschicht 11 kann beispielsweise aus Kork bestehen, dessen Wärmeisolierungsvermögen in verhältnismässig geringem Umfang vom Feuchtigkeitsgehalt des Materials beeinflusst wird.
Damit die Temperatur im Wasserspeicher 2 so schnell wie möglich der Temperatur des Heizkessels 1 während der Heizperiode folgen kann, soll unter anderem der Strömungswiderstand in den Verbindungsleitungen zwischen dem Speicher und dem Kessel so gering wie möglich sein; aus diesem Grunde kann es zweckmässig sein, den im Speicher befindlichen Rohrteil 10 mit besonders grossem Querschnitt auszuführen.
Im Wärmespeicher kann eine Heizbatterie 20 angebracht sein, die durch Leitungen 21 und 22 das Haus mit Warmwasser speist. Das Heizsystem ist auch in üblicher Weise mit einer Expansionsleitung 23 und einem Expansionsgefäss 24 versehen, die in Fig. 1 an den Wärmespeicher angeschlossen sind.
Die beschriebene Anlage arbeitet in der folgenden Weise: Beim Heizen des Heizkessels wird das Wasser im Kessel und der Austrittsleitung 8 warm, während das Wasser in der Rückströmleitung 9 noch kalt ist. Hierdurch entsteht ein Gewichtsunterschied zwischen den Wassersäulen in diesen Leitungen, wodurch eine Selbstumlaufkraft erzeugt wird, die bestrebt ist, das warme Wasser vom Kessel 1 zum Speicher 2 zu bewegen. Die kältere Wasserschicht am Boden des Wärmespeichers 2 wird dabei durch das Rohr 10 angesaugt und durch die Leitung 9 zum Heizkessel befördert, in der sie erwärmt und darauf durch die Leitung 8 nach dem Wasserspeicher 2 bei 12 zurückgeführt wird.
Durch den Selbstumlauf werden die unteren kälteren Teile des Wasserspeichers allmählich- abgesaugt, im Kessel erwärmt und zum Speicher zurückgeführt. Das wärmere Wasser im Oberteil des Speichers 2 breitet sich hierbei allmählich nach unten aus, bis der Speicher schliesslich völlig erhitzt ist. Ein gewisser Temperaturunterschied bleibt jedoch zwischen dem Wasser am Speicherboden und dem oberen Teil des Speichers bestehen, doch beträgt dieser Unterschied nur ein Grad oder wenige Grade, wenn die Verbindungsleitungen usw. zweckmässig ausgeführt sind.
Wenn das Heizen im Kessel 1 aufhört (z. B. bei Verbrauch des zugeführten Brennstoffes), ist es von grösster Bedeutung, dass die dem Speicher während des Heizens zugeführte Wärme nicht durch Selbstumlauf umgekehrt vom Speicher zum Kessel zurückströmt. Ein grosser Vorteil der erläuterten Anlage besteht darin, dass Wärme völlig selbsttätig vom Kessel zum Speicher (auch zu dessen unterhalb der Mündung 12 der Zuströmleitung 8 gelegenen Teilen) jedoch nicht in umgekehrter Richtung gefördert wird, obwohl keinerlei Ventile oder andere Umstellglieder in den Verbindungsleitungen erforderlich sind.
Nach Beendigung des Heizens beginnt das Wasser im Kessel sich abzukühlen, während das auf gleichem Niveau gelegene Wasser in dem gut isolierten Speicher 2 warm verbleibt. Bei normalen Rohrschaltungen, z. B. mit einer Rückströmleitung in der in Fig. 1 gestrichelt gezeigten Lage 9a, würde das kalte Wasser im Kessel infolge seiner grösseren Schwere einen Selbstumlauf in umgekehrter Richtung beginnen, der Warmwasser aus dem Speicher 2 bei 12 heraussaugen würde.
Dieses Wasser kühlt sich seinerseits beim Strömen durch den Heizkessel (infolge des Schornsteinzuges) ab und tritt in den Speicher 2 bei 13a wieder ein, wodurch der Speicher allmählich sich abkühlt lind wodurch er Wärme ohne Nutzen für die Heizung des Hauses verlieren würde.
Bei der erläuterten Anordnung gemäss der Erfindung entsteht dagegen ein stabiles Gleichgewicht zwischen dem sich abkühlenden Wasser im Kessel 1 und dem sich abkühlenden Wasser im Teil 9 der Rückströmleitung. Angenommen, dass dieses Gleichgewicht dadurch gestört wird, dass wärmeres Wasser vom Speicher in den ausserhalb des isolierten Speichers befindlichen Teil des Umlaufkreises austritt, werden die Gewichtsverhältnisse in den miteinander kommunizierenden Wassersäulen in den Teilen 9 und 1, 8 derart verändert, dass der Störung sofort entgegengewirkt wird. Dies kann theoretisch eingesehen werden, geht jedoch auch aus ,einer grossen Anzahl unter verschiedenen Bedingungen ausgeführter praktischer Versuche mit einer Vorrichtung der erläuterten Art hervor.
Die erläuterte Vorrichtung gemäss der Erfindung führt eine bedeutende Kostenersparung im Vergleich mit den früher vorgeschlagenen Vorrichtungen herbei. Der Speicherbehälter 2, der mittels einer Wärmeisolierschicht unmittelbar auf dem Heizraumfussboden 6 aufgestellt-werden kann bzw. ist, kann nämlich grundsätzlich als eine einfache grosse Blechtonne mit flachen Stirnwänden und aus dünnem Blech ausgeführt werden. Eine solche Blechtonne stellt einen sehr billigen Wasserspeicher dar. Die Wärmeisolierung für diesen Behälter kann auch billig ausgeführt werden. Beispielsweise kann sie mittels einiger einfacher Plattenwände z.
B. aus Gipsplatten auf Riegeln (wie in Fig. 1 gezeigt) hergestellt werden, die an eine Wandecke des Heizraumes angeschlossen sind, wobei der Zwischenraum zwischen dem Speicher und den Wänden mit einer isolierenden Füllung 3 z. B. aus Hobelspänen gefüllt wird. Schliesslich werden auch die Rohrverbindungen zwischen Kessel und Speicher bei dieser Ausführungsform sehr einfach und billig.
Es kann hinzugefügt werden, dass die Erfindung sogar die Verlegung des Speicherbodens auf ein
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niedrigeres Niveau als das des Kesselbodens ermöglicht.
Die Gesamtwirkung dieses Kostenersparnisses ist, dass eine vollständige Heizanlage mit Heizkessel, Wärmespeicher und zugehörigem Warmwasserbereiter zu niedrigeren Gesamtkosten ausgeführt werden kann als die entsprechenden üblichen Heizanlagen, die zurzeit gebaut werden, obwohl die erläuterte Anlage gemäss der Erfindung in so hohem Grade sowohl den Heizprozess automatisiert wie im übrigen vereinfacht und die Wärme- und Warmwassererzeugung verbilligt.
Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, die sich von derjenigen gemäss Fig. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Verbindungsleitungen 8 und 9 zwischen dem Heizkessel 1 und dem Speicher 2 gemäss Fig. 2 im oberen Teil des Wärmespeichers 2 münden. Diese Rohrschaltung kann ungeeignet erscheinen, die ausgeführten Versuche haben jedoch gezeigt, dass die Anlage gemäss Fig. 2 ebensogut arbeitet wie die Vorrichtung gemäss Fig. 1.
Die Anordnung nach Fig.2 hat die Bedeutung, dass ein gemauerter Schornstein für den Heizkessel gegebenenfalls entbehrt werden und durch einen als nach oben gerichtete Verlängerung des Kessels ausgebildeten Ekonomiser ersetzt werden kann, der aus Rauchrohren aus Blech mit diese umgebendem, mit dem Wasserspeicher 2 in Verbindung stehenden Wassermantel besteht.
Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt; sie ist in erster Linie für Häuser ohne Keller bestimmt, in denen der Wasserspeicher in der gleichen Höhe wie die Wohnräume angeordnet ist. Gemäss Fig.3 ist das Expansionsgefäss 25 mit dem Wärmespeicher 2 zu einer einzigen Einheit zusammengebaut. Das Expansionsgefäss ist als .ein am Oberteil des Magazinbehälters 2 lose angebrachter, als Deckel dienender Behälter 25 ausgebildet.