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Die Erfindung bezieht sich auf einen rauchgasbeheizten Wassererhitzer zum Anschluss an eine feuerungstechnische Anlage für eine Zentralheizung oder einen Brauchwassererhitzer, mit einer im unteren Teil zylindrisch begrenzten Wasserkammer und einer darin exzentrisch angeordneten zylindrischen Rauchgaskammer, in denen die wärmetauschenden Medien im Gegen-und/oder Kreuzstrom geführt sind.
Bei Ein- und Mehrfamilienhäuser bis zu sechs Wohnungen, die eine Zentralheizung und Warmwasserversorgung haben, ist die Temperatur der abgehenden Rauchgase in der Regel relativ hoch, wodurch eine Wärmerückgewinnung beachtliche Einsparungen bringt.
Die Nutzung der Wärmeenergie der Rauchgase bei Kesseln grosser Leistung, z. B. in Kraftwerken, ist bereits weitgehend gelöst. Zum Vorwärmen der Luft wurden auch bei Kesseln kleinerer Leistung, vorwiegend im industriellen Bereich, Rauchgas-Wärmerückgewinner gebaut, welcher in verkleinerter Form eine ähnliche Konstruktion aufweisen, wie Wärmerückgewinner bei grossen Industriekesseln.
Bei Kesseln noch kleinerer Leistung für Ein- und Mehrfamilienhäuser bis zu sechs Wohnungen sind Wärmerückgewinnungsanlagen gleicher Konstruktion jedoch nicht mehr zu gebrauchen, da andere Voraussetzungen gelten. Die Unterschiede ergeben sich u. a. aus den qualitativen Unterschieden der verwendeten Brennstoffe, ferner aus unterschiedlichen Kesselkonstruktionen und Brennerarten, sodann aus der unterschiedlichen Harmonisierung der Kessel- und Brennersysteme sowie aus Unterschieden im Kaminzug, hervorgerufen durch Höhen-, Querschnitts- und Isolationsdifferenzen, usw.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen rauchgasbeheizten Wassererhitzer zur Wärmerückgewinnung zu schaffen, welcher innerhalb einer begrenzten Grössenordnung trotz unterschiedlichen Betriebsbedingungen sich für die wirtschaftliche Nutzung der in den abgehenden Rauchgasen enthaltenen Wärmeenergie besonders eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die in die Wasserkammer eingebaute Rauchgaskammer als zylindrische Turbulenzkammer ausgebildet ist, in welcher zwei konzentrisch ineinander angeordnete strömungsrichtungsbildende Hohlzylinder vorgesehen sind, wobei der innere, als Drehschieber ausgebildete Hohlzylinder rückseitig verschlossen und um seine Längsachse drehbar als Drehschieber ausgebildet ist und beide Hohlzylinder mit in der Offenstellung des Drehschiebers deckungsgleichen schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen versehen sind, dass in dem sichelförmigen Raum zwischen der Strömungsregulierung und der Turbulenzkammer in axialen Abständen Leitschaufelkränze angeordnet sind, wobei die Leitschaufeln in einer gegenüber der mittleren Strömungsrichtung der Rauchgase angeordneten,
eine wellen-oder schlangenförmige Bewegung der Rauchgase ergebenden, sich von Schaufelkranz zu Schaufelkranz ändernden Schräglage angeordnet sind.
Wie durchgeführte Messungen ergeben haben, ermöglicht der erfindungsgemässe Wassererhitzer eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Kessels und damit eine beträchtliche Einsparung an Brennstoff.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Wassererhitzers ist sodann darin zu erblicken, dass die Nachteile der bekannten Wärmerückgewinnungsanlagen - vor allem die mangelnde Anpassungsfähigkeit an die jeweiligen Verhältnisse nach dem Einbau der Anlage - durch die Erfindung eliminiert werden. Bekanntlich werden Wärmerückgewinnungsanlagen zwar in Serien gefertigt, jedoch meistens einzeln eingebaut. Bei jedem Einbau ergeben sich jedoch andere Verhältnisse.
Demgegenüber ermöglicht die Erfindung einen nachträglichen Einbau, in einen bestehenden Wassererhitzer u. zw. infolge der darin vorgesehenen Strömungsregulierung, mittels welcher die örtlichen technischen Parameter durch entsprechende Einstellung des Regulierungs-Schiebers auf einfache Weise berücksichtigt werden können und so das jeweilige technische und wirtschaftliche Optimum erreicht werden kann.
Ausser dieser wirtschaftlichen Bedeutung des erfindungsgemässen Wassererhitzer ermöglicht seine Anwendung zufolge der stufenlosen Regulierbarkeit eine bessere Verbrennung und Herabsetzung der schädlichen Abgase im Sinne des Umweltschutzes.
In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. in Form eines an eine Rauchgasableitung eines Zentralheizungskessels angeschlossenen Wärmerückgewinnungs-Wassererhitzers. Es zeigen : Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2,
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Fig. 2 ersichtliche Detailpartie, Fig. 5 ein aus Fig. 1 ersichtliches Detail des inneren Hohlzylinders in Ansicht, und Fig. 6 Teile eines Regulierventils in zwei verschiedenen Stellungen.
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Eine Wasserkammer-l-ist in ihrem unteren Teil von einer in einem Kreisbogen verlaufenden Wand --la-- begrenzt. In die Wasserkammer --1-- ist eine an die Kesselabgasleitung anschliessbare hohlzylindrische Turbulenzkammer--2--eingebaut, deren Achse --3-- exzentrisch zur Achse --4-- der kreisbogenförmigen Wand--la--der Wasserkammer-l-verläuft. In diese Turbulenzkammer--2--ist ein Strömungsregulierventil für die Rauchgase eingebaut, u. zw. in Form eines zur Turbulenzkammer --2-festen, exzentrisch angeordneten Hohlzylinders--5--, und eines in diesem drehverstellbar angeordneten, rückseitig durch einen Boden --6a-- (Fig. 1) abgeschlossenen hohlzylindrischen Drehschiebers--6--.
Hohlzylinder --5-- und Drehschieber --6-- sind an ihrem Mantel mit in der Offenstellung des Regulierventils deckungsgleichen, schlitzartigen Durchbrechungen --7-- versehen. In dem sichelförmigen Raum --8-- (Fig. 2) zwischen dem Regulierventil--5, 6--und dem Mantel der Turbulenzkammer --2-- sind in axialen Abständen voneinander Leitsehaufelkränze--9, 10 und 11-- (Fig. l) eingebaut. Die Leitschaufeln - sind einerseits in radialen Ebenen, und anderseits in Schräglage gegenüber der mittleren Strömungsrichtung der Rauchgase angeordnet, wobei die Schräglage von Schaufelkranz zu Schaufelkranz ändert, u. zw. so, dass dem Gasstrom beim Passieren der Turbulenzkammer eine wellen-oder schlangenlinienförmige Bewegung aufgezwungen wird.
Zweckmässigerweise weist jeder in Strömungsrichtung der Rauchgase folgende Leitschaufelkranz eine grössere Anzahl von Leitschaufeln auf. Mittels einer Arretiervorrichtung--13-- (Fig. 1) kann der Drehschieber --6-- des Regulierventils in jeder Stellung seines Drehbereiches arretiert werden.
Im Raum --14-- zwischen der Turbulenzkammer --2-- und dem Mantel --la, 1b-- der Wasserkammer - sind vertikale Leitbleche --15-- (Fig. 1) eingebaut, die den Wasserstrom zu wellenförmigen Richtungsänderungen zwingen.
In einem mit der Wasserkammer --1-- kommunizierenden Aufbau --16-- sind zwei Sätze von wasserumspülten Rauchgasrohren 18--angeordnet, von denen der untere Satz durch eine Umlenkkammer --19-- mit der Turbulenzkammer --2-- verbunden ist, während die Rauchgasrohre --17-am andern Ende über eine weitere Umlenkkammer --20-- mit den oberen Rauchgasrohren --18-- verbunden sind, welch letztere in den Rauchabzugsstutzen --21-- ausmünden. Ein nahe beim Rauchabzugsstutzen - -21-- angeordneter Stutzen --22-- dient für den Anschluss der Wasserzuleitung, während der Stutzen - für die Entnahme des erwärmten Wassers dient. Zwei blinde Stutzen --22', 23'-- können bei Bedarf an Stelle der Stutzen --22, 23-- zur Verwendung gelangen.
Für die Nutzung der Wärmeenergie der Rauchgase von Kesseln kleinerer Leistung als etwa 20000 kcal/h kann der Aufbau --16-- mit den Rauchgasrohrsätzen --17, 18-- in Wegfall kommen, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Bei Kesseln grösserer Leistung (über etwa 50000 kcal/h, beispielsweise für die Zentralheizung von Mehrfamilienhäusern, kommt zwecks Erzielung maximaler Wirtschaftlichkeit die in Fig. l und 2 dargestellte Wärmerückgewinnungsanlage mit einem oder mehreren zusätzlichen Aufbauten - zur Anwendung.
Bei dieser Wärmerückgewinnungsanlage strömen die Rauchgase in Richtung der
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--24--,Primärströmung der Rauchgase verläuft durch die Turbulenzkammer --2-- bzw. durch den von dem Hohlzylinder --5-- des Regulierventils und dem Turbulenzkammermantel --2-- begrenzten sichelförmigen Raum --8-- sowie zwischen den Leitschaufeln --12-- der Schaufelkränze --9, 10 und 11-- hindurch. Ein Teil der vom Kessel herkommenden Rauchgase wird als Sekundärströmung in den hohlzylindrischen Drehschieber --6-- geleitet, von wo aus die Rauchgase in der Offenstellung des Drehschiebers durch die Regulierschlitze --7-- in die Tubulenzkammer --2-- gelangen und sich dort mit der Primärströmung der Rauchgase vereinigen.
Temperatur, Volumen und Geschwindigkeit der an der Primärströmung teilnehmenden Rauchgase nehmen infolge der Wärmeabgabe auf dem Strömungsweg zusehends ab. Damit dieser Temperaturabfall, welcher bei bisher bekannten Wärmeaustauschern die Leistung ungünstig beeinflusst, ausgeglichen wird, wird bei der beschriebenen Wärmerückgewinnungsanlage von den ein höheres Energieniveau aufweisenden Rauchgasen der Sekundärströmung durch das Regulierventil aus der Primärströmung eine solche Rauchgasmenge zugeleitet, dass durch die Beimischung der Rauchgase aus der Sekundärströmung der durch die Wärmeabgabe entstandene Temperaturabfall kompensiert wird und Temperatur, Turbulenz und
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Geschwindigkeit der Rauchgase in der Turbulenzkammer annähernd konstant gehalten werden.
Damit wird erreicht, dass die Wärmeübergangsverhältnisse auf dem ganzen Strömungsweg annähernd gleich bleiben.
Die die Turbulenzkammer --2-- verlassenden Rauchgase gelangen über die seitliche Umlenkkammer - -19-- zu den Rauchrohren --17-- und anschliessend über die Umlenkkammer --20-- in die Rauchrohre - und von hier über den Abzugsstutzen --21-- in den Kamin. Der Strömungsweg des Wassers ist durch die Pfeile --24 und 25-- angedeutet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rauchgasbeheizter Wassererhitzer zum Anschluss an eine feuerungstechnische Anlage für eine Zentralheizung oder einen Brauchwassererhitzer, mit einer im unteren Teil zylindrisch begrenzten Wasserkammer und einer darin exzentrisch angeordneten zylindrischen Rauchgaskammer, in denen die wärmetauschenden Medien im Gegen-und/oder Kreuzstrom geführt sind, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass die in die Wasserkammer eingebaute Rauchgaskammer als zylindrische Turbulenzkammer (2) ausgebildet ist, in welcher zwei konzentrisch ineinander angeordnete strömungsrichtungsbildende Hohlzylinder (5,6) vorgesehen sind, wobei der innere als Drehschieber ausgebildete Hohlzylinder (6)
rückseitig verschlossen und um seine Längsachse drehbar als Drehschieber ausgebildet ist und beide Hohlzylinder (5,6) mit in der Offenstellung des Drehschiebers deckungsgleichen schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen (7) versehen sind, dass in dem sichelförmigen Raum (8) zwischen der Strömungsregulierung und der Turbulenzkammer (2) in axialen Abstand Leitschaufelkränze (9,10, 11) angeordnet sind, wobei die Leitschaufeln (12) in einer gegenüber der mittleren Strömungsrichtung der Rauchgase angeordneten, eine wellen- oder schlangenförmige Bewegung der Rauchgase ergebenden, sich von Schaufelkranz zu Schaufelkranz ändernden Schräglage angeordnet sind.