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Luftheizungsanlage.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftheizungsanlage, die insbesondere für die Verwendung von Flugzeugen geeignet ist oder auch in andern Fällen, wo eine kontinuierliche Zufuhr von Hitze zur Verfügung steht, die andernfalls verloren gehen würde.
Dort, wo Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden, insbesondere bei Flugzeugen, findet, wenn die Maschine im Betriebe ist, ein kontinuierlicher Strom von hocherhitzte Gasen durch das Auspuffrohr statt, die in die Atmosphäre abgeführt werden, wobei die gesamte Hitze verloren geht. In dem erfindungsgemässen Heizsystem wird ein Teil dieser verlorenen Hitze verwendet, um kontinuierlich Heizmittel einem Heizkörper zuzuführen, der in einer von zwei ähnlich ausgebildeten Leitungen angeordnet ist, von denen jede eine mit der Aussenluft kommunizierende Einlassöffnung aufweist. Jede Leitung weist ein Paar von wahlweise öffenbaren Auslassöffnungen auf, von denen eine zurück in die Aussenluft und die andere in eine Hauptleitung führt, von der der Luftstrom in den zu heizenden Raum geleitet wird.
Es sind Mittel vorgesehen, um einen kontinuierlichen Luftstrom durch beide Leitungen aufrechtzuerhalten, wobei durch Thermostaten gesteuerte Klappen zur Einstellung des Verhältnisses der wahlweise durch verschiedene Auslassöffnungen in die Hauptleitung und von hier in den zu erhitzenden Raum strömenden erhitzten und unerhitzten Luft vorgesehen sind. Es ist ersichtlich, dass hiebei ein kontinuierlicher Strom von hocherhitzter Luft durch eine der Leitungen stattfindet, jedoch nur ein bestimmter Teil dieser erhitzten Luft mit einem bestimmten Teil der unerhitzten Luft aus der andern Leitung gemischt wird und die Mischung dann in den zu heizenden Raum geleitet wird. Die restlichen Anteile von beiden Luftströme werden in die Aussenluft zurüekgeleitet.
Es kann jede geeignete Vorrichtung zur kontinuierlichen Erhitzung der Radiatoren oder Heizkörper vorgesehen sein.
Für das Heizsystem wird gemäss der Erfindung eine einfache und wirksame Heizvorrichtung verwendet, in der die Hitze der Auspuffgase einer Verbrennungskraftmaschine ausgenutzt wird.
Gemäss der Erfindung wird der Heizkörper dauernd auf einer Maximaltemperatur erhalten, wobei thermostatiseh geregelte Vorrichtungen zur Änderung des Verhältnisses von erhitzter und unerhitzter Luft vorgesehen sind, die in den zu heizenden Raum geleitet wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulich.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht der wichtigsten Teile der erfindunggemässen Anordnung. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansieht entsprechend dem oberen linken Teil
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Regelthermostate in dem zu heizenden Raume angeordnet sind.
Gemäss Fig. 1 wird die Luft durch zwei Lufteinlassleitungen 1 und 2 in eine Hauptleitung 3 geleitet, die die Luft in den zu heizenden Raum, beispielsweise in die Kabine eines Flugzeuges, leitet.
Im Falle eines Flugzeuges wird die Aussenluft kontinuierlich in die Einlassleitungen 1 und 2 vermittels geeigneter Lenkflächen und des rotierenden Propellers gedrückt. Falls die Vorrichtung nicht in einem bewegten Fahrzeug, wie z. B. in einem Flugzeug, verwendet wird, kann ein Gebläse 4 (Fig. 2), das
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durch einen Motor 5 angetrieben wird, verwendet werden, um einen Luftstrom durch die Leitungen zu pressen. In die Leitungen 1 und 2 kann entweder nur unerhitzte Aussenluft eingeführt oder es kann ein Teil dieser Luft von innerhalb des zu beheizenden Raumes erhalten werden. In jedem Falle wird das, was man als unerhitzte Luft bezeichnen kann, in jede derEinlassleitungen eingesaugt oder eingepresst.
In einer dieser Einlassleitungen, beispielsweise in der Leitung 1 ist ein Heizkörper 6 angeordnet, so dass die durch diese Leitung strömende Luft in innige Berührung mit dem Heizkörper gelangt und durch diesen erhitzt wird. Der Heizkörper 6 wird ständig, wie aus dem nachstehenden näher ersichtlich ist, auf eine ziemlich hohe Temperatur erhitzt, u. zw. ohne Rücksicht, ob in dem zu beheizenden
Raum Wärme benötigt wird oder nicht.
Die Heizleitung 1 hat einen Auslass 7 an dem in die Hauptleitung 3 mündenden Ende und auch einen seitlichen Hilfsauslass 8, durch den die erhitzte Luft ins Freie austreten kann. In ähnlicher Weise hat die Kaltluftleitung 2 einen Auslass 9, der in die Hauptleitung 3 mündet, und einen Hilfsamlass 10 ins Freie. Eine Absperrklappe 11 ist auf der Welle 12 drehbar gelagert und derart in der Einlassleitung 1 angeordnet, dass sie wahlweise die Auslässe 7 und 8 öffnen oder schliessen oder erwünschte Anteile der erhitzten Luft durch die genannten Auslässe leiten kann. Eine ähnliche Absperrklappe 1. 3 ist auf einer Welle 14 schwenkbar gelagert und derart in der Einlassleitung 2 angeordnet, dass sie wahl- weise die beiden Auslässe 9 und 10 öffnen oder schliessen kann.
Die Welle 12 wird von einem umsteuer- baren Motor 15 angetrieben und ist mit der Welle 14 durch ein Zahnräderpaar 16, 17 gekuppelt, so dass diese Wellen in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden und mithin auch die Klappen 11 und 13. Bei der in Fig. 1 dargestellten Lage ist die Absperrklappe 11 so eingestellt, dass der Auslass 7 geschlossen und der Auslass 8 geöffnet ist, so dass die gesamte erhitzte Luft ins Freie entweicht. Ander- seits ist die Klappe 13 so eingestellt, dass Auslass 10 geschlossen und Auslass 9 geöffnet ist, so dass die gesamte durch das Einlassrohr 2 einströmende Luft in die Hauptleitung 3 strömt. In dieser Stellung wird der durch die Leitung 3 strömenden Luft keine Wärme zugeführt.
Wenn die Klappe 11 und 13 in ihre entgegengesetzten Grenzlagen gedreht sind (so dass Auslass 8 geschlossen und Auslass 10 geöffnet ist), wird die gesamte in die Hauptleitung 3 einströmende Luft erhitzt. Es ist nunmehr klar, dass durch
Einstellung der Klappen 11 und 13 in irgendeine Zwischenstellung die Mengenverhältnisse von erhitzter und unerhitzter Luft, die in die Hauptleitung 3 geleitet wird, nach Wunsch eingestellt werden können, so dass jede gewünschte Temperatur in dem zu heizenden Raum aufrechterhalten werden kann.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung kann der Heizkörper 6 in irgendeiner geeigneten Weise kontinuierlich erhitzt werden. Das dargestellte System enthält ausser dem Heizkörper 6 den Kessel oder Generator 18 und den Wasserbehälter 19, wobei Kessel, Heizkörper und Wasserbehälter in einem geschlossenen Kreislauf verbunden sind. Dieser Kreislauf ist geschlossen in dem Sinne, dass normaler-
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weise ein fortlaufender Kreislauf dieser Flüssigkeiten gestattet ist, wobei normalerweise keine Ventile oder andere Regelvorriehtungen verwendet werden.
Bei 20 ist ein Teil des Auspuffrohres gezeichnet, durch das die Abgase der Brennkraftmaschine ins Freie geführt werden. Dieses Rohr 20 wird bei Betrieb der Maschine sehr hoeh erhitzt, aber normaler- weise geht diese gesamte Wärme verloren. Der Kessel 18 ist so ausgebildet, dass er um einen Teil des
Auspuffrohres 20 dicht anliegt und die Hitze der Auspuffgase zur Erzeugung des Dampfes ausnutzt.
Der Kessel ist vorzugsweise sattelförmig ausgebildet, so dass er leicht auf das Auspuffrohr aufgesetzt und von diesem wieder abgenommen werden kann.
Nachdem der Dampf im Heizkörper 6 verdichtet worden ist und einen Teil seiner Wärme an die durch Leitung 1 strömende Luft abgegeben hat, fliesst das Kondensat durch die Leitung. 33 nach unten in den Vorratsbehälter 19. Letzterer ist mit einem nach oben gerichteten Entlüftungsrohr 34 versehen, das ins Freie mündet, so dass das gesamte Dampfheizsystem normalerweise unter Atmosphärendruck steht. Da etwas Dampf aus dem Heizkörper durch die Kondensatleitung 33 in den Behälter 79 strömen kann, ist in die Entlüftungsleitung 34 ein Kondensator 35 eingebaut und das hier erzielte Kondensat fliesst durch Leitung 34 in den Behälter 19 zurück. Hiedureh wird ein Wasserverlust aus der Anlage praktisch verhindert.
Es ist klar, dass der Kondensator so angeordnet sein muss. dass er einem kühlenden Luftstrom ausgesetzt ist. Er kann beispielsweise in der Einlassleitung 1 vor dem Heizkörper 6 angeordnet sein.
Da die ganze Dampfheizanlage sich nahezu unter atmosphärischem Druck befindet, wird auch das Wasser sowohl im Vorratsbehälter 19 als auch im Kessel 18 sich auf im wesentlichen der gleichen konstanten Höhe halten. Die erforderliche Wassermenge kann durch das Einfüllrohr 36 zugeführt werden, das im oberen Teildes Behälters 19 mündet und an seinem oberen Ende mit einem Trichter 37 und dem normalerweise geschlossenen Ventil 38 ausgerüstet ist. Indem man das normalerweise geschlossene Ventil 39 in dem von dem einen Ende des Vorratsbehälters 19 führenden Ablassrohr 40 öffnet, kann das Wasser in diesem Behälter bis zu einem vorbestimmten Wasserstand abgelassen werden, wodurch die normale Wasserhöhe in Vorratsbehälter und Kessel festgelegt wird.
Irgendwelche andern geeigneten Hilfsmittel zur Füllung von Vorratsbehälter und Kessel bis zur erwünschten Wasserhöhe können vorgesehen sein, welch letztere je nach der erwünschten Verdampfungsgesehwindig- keit verändert werden kann. Die miteinander verbundenen Rohrteile 41, 42, 43, 44 und 45 führen
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Grunde sind die oben beschriebenen Luftteilventile vorgesehen und vorzugsweise dienen thermo- statische Hilfsmittel zur Einstellung dieser Ventile entsprechend den im zu beheizenden Raum auf- ) tretenden Temperaturänderungen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Reihe von Thermostaten 49,
50 und 51 in- der Hauptleitung. 3 hinter den Mischventilen angeordnet, so dass sie auf die Temperatur der in den Raum gelieferten Luft ansprechen.
Wahlweise können diese Thermostaten in dem Raum. 3' selbst angeordnet sein, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. In jedem Falle steuern die Thermostaten den umkehrbaren Motor 15, um die Klappen 11 und 1. 3 in die gewünschten Lagen zu bringen.
In Fig. 3 ist beispielsweise eine hiefür geeignete elektrische Steuerung veranschaulicht.
Es ist klar, dass irgendeine geeignete Steuerung benutzt werden kann, durch die die Ventil- klappen in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen in den zu beheizenden Raum eingestellt werden. Gemäss Fig. 3 sind die Hauptstromzuführungsleitungen 52 und 5. 3 mit den entsprechenden
Anschlussklemmen der Batterie oder einer andern bei 54 angedeuteten Stromquelle verbunden.
49, 50 und 51 sind drei Thermostaten, die auf verschiedene Temperaturen ansprechen. Ein jeder dieser drei Thermostaten 49,50 und 51 (die als Nieder-, Mittel-oder Hochtemperaturthermostaten bezeichnet werden können) vermag einen Stromkreis zu schliessen, wenn eine vorbestimmte Temperatur an der
Stelle erreicht wird, wo der Thermostat angeordnet ist. Diese Thermostaten können in Form von Kontakt-Quecksilberthermometern ausgebildet sein, bei denen der eine Kontakt in ständiger Be- rührung mit der Quecksilbersäule ist, wogegen ein anderer oberer Kontakt von der Quecksilbersäule nur bei einer vorbestimmten Temperatur erreicht wird.
Beispielsweise können die gezeichneten
Thermostaten so eingestellt sein, dass ihre zugehörigen Stromkreise bei 70,73 oder 76 F (21,23 oder 240 C) geschlossen werden. Bei 55 ist ein zur Auswahl der Temperatur dienender Schalter vorgesehen, der in eine der beiden Schaltstellungen gebracht werden kann, um die Temperatur innerhalb eines niedrigen oder hohen Temperaturintervalles zu halten. Wird der Schalter in die mit ausgezogenen
Linien dargestellte Lage gebracht, dann wird die Temperatur innerhalb des niedrigen Bereiches gehalten, d. h. zwischen 70 und 73 F. Wird der Schalter in die mit gestrichelten Linien angedeutete Lage gebracht, dann wird die Temperatur innerhalb des höheren Temperaturbereiches, d. h. zwischen 73 und 76 F gehalten.
Mit 56 ist ein Relaismagnet bezeichnet, der bei Erregung den Anker oder beweglichen Kontakt. 57 anzieht und in Berührung mit einem ruhenden Kontakt 58 bringt. Bei Unterbrechung des Magneten 56 fällt der Kontakt 57 ab und gelangt mit einem zweiten ruhenden Kontakt 59 in Berührung. Ein zweiter ähnlicher Magnet 60 zieht bei Erregung den beweglichen Kontakt 61 an und bringt ihn in
Berührung mit dem ruhenden Kontakt 62. Bei Unterbrechung dieses Magneten fällt der bewegliche
Kontakt 61 ab und kommt mit dem zweiten festen Kontakt 63 in Berührung.
Wenn eine gewisse vorbestimmte Temperatur, auf der der mittlere Thermostat 50 eingestellt
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stand 67, Leitung 68 wieder zur Hauptstromleitung 53. Wenn die Temperatur unter die ausgewählte mittlere Temperatur sinkt, wird dieser Stromkreis und mithin der Magnet 56 unterbrochen. Wenn sieh der Schalter 55 in der linken Stellung befindet und mithin der Niedertemperaturthermostat 49 in Wirksamkeit ist, wird der Erregerstromkreis des Magneten 60 geschlossen, wenn die Temperatur, für die der Thermostat 49 eingestellt ist, erreicht wird ; dieser Stromkreis setzt sieh wie folgt zusammen :
Von der Hauptleitung ? über Leitung 69, Thermostat 49, Leitung 70, Schalter 55, Leitungen 71 und 72,
Magnetspule 60, Leitung 73, Widerstand 74 und Leitung 75 zur Hauptleitung 53.
Wird der Schalter nach rechts umgelegt, dann ist der Niedertemperaturthermostat 49 nicht mehr wirksam und der zuletzt beschriebene Stromkreis wird nicht geschlossen, bevor die höhere Temperatur erreicht ist, für die der Thermostat 51 eingestellt wurde. In diesem Falle setzt sich der Erregerstromkreis wie folgt zusammen : Von Hauptleitung 52 durch die Leitungen 69, 76, Thermostat 51, Leitung 72, Magnet- spule 60, Leitung 7. 3, Widerstand 74 und Leitung 75 zur Hauptleitung 53.
Befinden sich die Teile in den gezeichneten Lagen, dann ergibt sich, dass beide Relais 56 und 60 erregt sind, da die Temperatur die höhere Grenze des Niedertemperaturbereiches erreicht hat, bei der beide Thermostaten 49 und 50 ihre Stromkreise geschlossen haben. Es ist nun erwünscht, dass die Wärmezufuhr unterbrochen oder verringert wird.
Nunmehr wird folgender Stromkreis geschlossen :
Von der Hauptleitung 52 über die Leitungen 77 und 78, Ruhekontakt 58, beweglichen Kontakt 57, Leitung 79, Umsteuermotor 15, Leitung 80, beweglichen Kontakt 61, Ruhekontakt 62, Leitungen 81 und 82, Feldwicklung 83 von Motor 15 und Leitung 84 zur andern Hauptleitung 53. Der durch den Motor 15 in dieser Richtung fliessende Strom bewirkt eine Drehung des Motors in solcher Richtung, dass die Klappen 11 und 13 in die in Fig. l gezeichneten Lagen schwingen, d. h. dass die Wärmezuführung unterbrochen wird. Es ist klar, dass der Motor so durch Getriebe verbunden ist, dass sich diese Ventilklappen nur sehr langsam bewegen.
Nachdem auf diese Weise die Wärmezufuhr verringert wurde, wird die Temperatur fallen und gegebenenfalls der Stromkreis durch den Mitteltemperaturthermostaten 50 unterbrochen und mithin auch die Erregung des Magneten 56, so dass der Kontakt 57 abfällt und in Berührung mit dem Ruhekontakt 59 gelangt. Hiedurch wird der zuletzt beschriebene Stromkreis unterbrochen und Motor 15 stillgesetzt.
Wenn die Temperatur noch weiterhin sinkt, wird der vom Niedertemperaturthennostaten geschlossene Stromkreis unterbrochen und mithin auch die Erregung des Magneten 60, so dass der Kontakt 61 abfällt und in Berührung mit dem Ruhekontakt 63 gelangt. Ein durch den : Motor 15 in entgegengesetzter Richtung fliessender Strom wird nunmehr durch den nachstehenden Stromkreis geschlossen :
Von Hauptleitung 52 durch Leitung 77, Ruhekontakt 63, beweglichen Kontakt 61, Leitung 80, Motor 15, Leitung 79, beweglichen Kontakt 57, Ruhekontakt 59, Leitung 82, Feldwicklung 88 und Leitung 84 zur Hauptleitung 53. Dies bewirkt, dass der Motor 15 in umgekehrter Richtung umläuft, so dass sich die Klappen in solcher Richtung drehen, dass die Leitung 1 geöffnet und Leitung 2 geschlossen, mithin der Mengenanteil an erhitzter Luft erhöht wird, die dem zu beheizenden Raum zuströmt. Dies hat nun zur Folge, dass die Temperatur in diesem Raum wieder ansteigt. Da der Motor die Ventilklappen nur sehr langsam bewegt, werden nach einigen Kreisläufen die Teile in eine stabile Lage gelangen, so dass die envünsehte Temperatur ohne weitere Einstellung aufrechterhalten wird.
Falls es erwünscht ist, die Temperatur im oberen Bereich zu halten, wird der Schalter 55 nach rechts geschoben, so dass die beiden Thermostaten 50 und 51 zusammenwirken, um den Motor 15 in der nunmehr ersichtlichen Weise zu steuern.
Der Gebläsemotor 5, falls ein solcher Venvendung findet, kann an die beiden Hauptstrom- zuführungen 52 und 58 durch die Leitungen 85 und 86 angeschlossen sein. Bei 87 ist die Nebenschluss- feldwirklung dieses Motors angedeutet. Mit Hilfe der Schalter 88 in den Hauptstromleitungen 52 und 53 kann der Motor in Gang gebracht oder stillgesetzt werden und es ist zu beachten, dass der Schalter 88 so angeordnet ist, dass bei Stillsetzung des Gebläsemotors die gesamte elektrische Steuerung unwirksam wird. Es ist klar, dass dieser Motor 5 und seine Verbindungen bei solchen Anlagen fortgelassen werden können, wo ein Gebläse nicht erforderlich ist, beispielsweise in Flugzeugen.
Die beschriebene Heizungsanlage weist keinen besonders hohen Wirkungsgrad bezüglich der Ausnutzung der Wärmeenergie auf, dies ist aber unwichtig, da sie in Verbindung mit Brennkraftmaschinen oder andern Einrichtungen benutzt wird, bei denen die zur Erzeugung des Dampfes benutzte Wärme in jedem Fall eine Abfallwärme darstellt. Der Radiator 6 wird ständig erhitzt und erwärmt ständig die in Leitung 1 strömende Luft (sofern der Motor in Betrieb ist) und nur ein kleiner Teil dieser erhitzten Luft kann tatsächlich benutzt werden. Der nämliche Wärmebetrag würde jedoch durch das Auspuffrohr verloren gehen, so dass dieser Wärmeverlust ohne Bedeutung ist.
Unter Berück- sichtigung dieser Tatsache kann die Dampfheizungsanlage ständig in Betrieb sein ohne irgendwelche Regelung, und sie ist aus diesem Grunde sehr einfach und im Betrieb wirksam. Die einzelnen Teile sind leicht und es wird nur eine kleine Wassermenge benötigt, die die Anlage besonders für Luftfahrzeuge geeignet macht, wo ein zu hohes Gewicht vermieden werden muss. Gleichzeitig kann die erwünschte Temperatur in dem zu beheizenden Raum durch einfache Bemessung des Mengenverhältnisses von erhitzter und unerhitzter Luft aufrechterhalten werden, die tatsächlich in den Raum gelassen wird, dessen Temperatur geregelt werden soll,