AT500603A1

AT500603A1 - Speicherkessel

Info

Publication number: AT500603A1
Application number: AT13162004A
Authority: AT
Inventors: Walter Hager
Original assignee: Walter Hager
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-15
Also published as: AT500603B1

Description


  Die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe sowie die Umwertsituation zwingen uns, auf erneuerbare Energien zukünftig umzusteigen.
Da der Hausbrand einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch und damit auch an der Schadstoffbelastung hat, ist es erforderlich, auch in diesem Bereich verschiedene Lösungsansätze weiterzuentwickeln.
Eine sinnvolle Alternative zur fossilen Wärmeenergieerzeugung stellt z.B. die Warmwasserbereitung bzw. die teilsolare Raumheizung mittels thermischer Solarkollektoren am idealsten in Verbindung mit der Verbrennung von Biomasse wie z.B.

   Holzpellets oder Holzhackschnitzel, dar.
Diese Anlagen haben aber den Nachteil, dass sie in herkömmlicher Bauweise, bestehend aus Heizkessel, Pufferspeicher und Warmwasserboiler viel Platz benötigen, einen hohen Insatalltionsaufwand haben, somit teuer sind, und im Vergleich zu beispielsweise öl.-oder Gasanlagen unwirtschaftlich sind. Dies trifft insbesondere Solaranlagen, welche nur zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden.
Die Nutzung der Solarenergie zur Warmwasserbereitung wäre aber die sinnvollste, da dabei keinerlei Schadstoffe entstehen.

   Die weitverbreitete Praxis, nämlich die Warmwasserbereitung, speziell im Sommer, mittels Heizkessels zu bewerkstelligen ist technisch die schlechteste Lösung, da der Heizkessel, welcher für die gesamte Heizung dimensioniert sein muss, immer nur kurzzeitig und im geringsten und somit schlechtesten Leistungsbereich arbeitet und dabei den geringsten Wirkungsgrad und die höchsten Emissionen verursacht Ausserdem kann sich die Lebensdauer des Heizkessels durch diesen Betrieb halbieren. Ziel der Erfindung war es daher, ein System zu entwickeln, dass diese Nachteile nicht hat und auch in punkto Wirtschaftlichkeit neue Massstäbe setzt.

   Das erfindungsgemässe Heizsystem ist eine Kombination aus einer Solaranlage und einem sogenannten Speicherheizkessel.
Die Hauptkomponenten der Anlage sind der Speicher (1), bestehend vorzugsweise aus dem zylindrischen Speichermantel (2), den oberen und unteren Kesselboden (3/4), einem unteren eingebauten Wärmetauscher für Solar (5), den oben eingebauten Wärmetauscher für Warmwasser(6), den innenliegenden, vorzugsweise zylindrischen Flammrohr (7), Flammumlenkblech (8), Brennkammer(9) und Rauchgassammeikasten (10), sowie evt den um den Flammrohr (7) ringförmig angeordneten Rauchrohren (11) mit eingehängten schneckenspiralförmigen Turbulatoren (12), den seitlich mittels Flanschverbindung angeflanschten Brenner(13), den Rauchgasbypasskanal (14), den Rauchgasrohr (15), der Bypass.- und Absperrklappe (16) sowie der Aschenschnecke (17) mit Aschencontainer (18)

  .
Dieser Speicherkessel(l) hat ein Heizungswasservolumen von mehreren hundert Liter Wasser, in welchem ein Wärmetauscher für die Solarenergie (5) sowie ein Wärmetauscher für die Warmwasserbereitung (6) eingebaut ist. Das wesentliche an diesem Speicher ist jedoch, dass die komplette Verbrennungsanlage, vorzüglich bestehend aus Brenner (13) zur Verbrennung von Holzpellets oder Hackschnitzel, und Wärmetauscber(19) im Speicher komplett integriert sind. Dadurch wird massiv Platz gespart, durch den Wegfall von Pufferspeicher und Warmwasserboiler und der damit verringerten Oberfläche werden Abstrahlungsverluste minimiert, der Insatallationsaufwand wird erheblich verringert, in der Regel werden zwei Pumpen eingespart, womit sich der elektrische Hilfsenergieaufwand verkleinert und das System dadurch auch regelungstechnisch vereinfacht wird.

   Durch das grosse Heizungswasservolumen verbessert sich auch die Verbrennungsqualität, da der Brenner (13) wesentlich länger im Volllastbetrieb läuft, wo er die beste Leistungscharakteristik in Bezug auf Wirkungsgrad und Emissionsverharten hat, und die problematischen Brennerstarts werden auf ein Minimum reduziert. Dadurch arbeitet dieses System auch optimal in der Übergangszeit bzw. ist auch für Gebäude mit niedrigstem Energieverbrauch, wie z.B.

   Niedrigenergiehäuser optimal einsetzbar.
Weiters kann dieses System ohne Mehraufwand nur durch Erhöhung der
Quadratmeteranzahl der Solarkollektoren zur teilsolaren Raumheizung, vorzugsweise in Verbindung mit einem Niedertemperaturheizsystem, zur
Raumheizung in der Übergangszeit, benützt werden.
Durch das grosse Wasservolumen und die damit verbundene lange
Brennerlaufzeit ist auch die Warmwasserberertung im Sommer bei längerem
Ausfall der Solaranlage durch zu geringe Sonneneinstrahlung möglich und sinnvoll.
Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es erforderlich, die
Wärmetauscherflächen (7/11) grosszügig zu dimensionieren.

   Dies wird erreicht, indem die heissen Verbrennungsgase durch ein Flammrohr (7) und ggf. über ein hitzebeständiges Umlenkblech(8) nachgeschalteten Rauchrohren(11) mit eingehängten Turbulatoren (12), die beispielsweise ringförmig um das
Flammrohr (7) angeordnet sind, welche den Wärmeübergang verbessern und auch zur Reinigung der Rauchrohre (11) herangezogen werden können, über den Rauchgassammeikasten (10) über das Rauchgasrohr 15) in den Kamin strömen.
Um den Speicherkessel(l) auch mit geringeren Leistungen fahren zu können, ist nach dem Flammrohr (7) ein Bypasskanal (14) direkt in das Rauchgasrohr (15) eingebaut, welcher mit einer Klappe (16) , je nach Klappenstellung, mehr oder weniger heisse Verbrennungsgase zum Abgaskanal (15) beimischen kann.
Dadurch ist die Abgastemperatur auch automatisch mittels Stellmotor temperaturabhängig regelbar, um ggf.

   den Kamin vor zu niedrigen
Abgastemperaturen zu schützen bzw. beim Stert verbesserte
Zugmöglichkeiten zu erreichen.
Um die innere Auskühlung des Speichers zu vermeiden, schliesst die
Klappe (16) automatisch nach Brennerstop in die senkrechte Stellung, womit sichergestellt ist, dass kein Luftdurchsatz, welcher den Speicher von innen abkühlt, entstehen kann.
Die Reinigung der Rauchrohre (11) mittels Turbulatoren (12) erfolgt über ein
Gestänge (20), welches einmal an der Klappe (16) gelagert ist, über eine Welle umgelenkt wird, und an einer Welle, welche mit einem Ring, an welchem die Turbulatoren (12) mittels Umlenkblechen gelagert sind, durch Auf.- und Abbewegen der Klappe (16).
Die Flugasche fällt in den Ascheraum (9) und wird über Leitbleche (26) zusammen mit der Asche von der Aschenschnecke (17) in den
Aschecontainer (18) befördert.

   Um Korrossionsprobleme durch Kondensatbildung an den Innenwänden der heizgasseitigen Wände durch die Temperaturunterschiede von kaltem Wasser im Speicher und heissem Verbrennungsgas im Wärmetauscher (19) zu verhindern, ist es sinnvoll, den Wärmetauscher (19) thermisch zu entkoppeln. Dies wird durch einen Mantel (21) erreicht, welcher nur geringfügig grösser ist als der Brennraum(9) bzw. Wärmetauscher (19). Vom oberen Bereich des Speichers wird warmes Wasser angesaugt, die geringe Wassermenge im Inneren des Mantels (21) wird schneller erwärmt und steigt auf und tritt an den Öffnungen (22) im oberen Bereich des Mantels(21) aus. Dadurch ist der Wärmetauscher(19) schneller auf Betriebstemperatur.

Claims

5-

PATENTANSPRÜCHE

Ein Speicherkessel, welcher Wärmetauscher für Solarenergie(5) und Warmwassererwärmung(6) sowie mehrere hundert Liter Wasserinhalt hat, dadurch gekennzeichnet, dass die-Verbrennungseinheit sowie der komplette, Wärmetauscher(19), bestehend aus Flammrohr(7) und ggf. aus Umlenkkörper (8), bestehend aus hitzebeständigem Stahl bzw. Schamott, sowie ggf. den ringförmig um den Flammrohr (7) angeordneten Rauchrohren (11) mit eingehängten Turbulatoren(12) im Inneren des Speichers liegen, von Speicherwasser umgeben sind und dadurch keine zusätzlichen Abstrahlungsverluste entstehen.

2., Ein Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr(7) einen Abgasbypasskanal(14) aufweist, welcher in den Abgaskanal (15) mündet und dadurch die Abgastemperatur auch automatisch mittels Klappe (16), einstellbar über die Temperatur des Rauchgases, durch die Stellung dieser Klappe(16) variiert werden kann.

3., Ein Speicherkessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stellung der Abgasklappe(16) der Luftdurchsatz nach Brennerstop und einer evt. Nachlaufzeit im Inneren des Speicherkessels unterbunden wird.

4., Ein Speicherkessel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Gestänge (20), welches einmal an der Abgasklappe(16) gelagert ist, über eine Welle umgelenkt wird, und an einer Welle, welche mit einem Ring, an welchem die Turbulatoren(12) mittels Umlenkblechen gelagert sind durch Schliessen bzw. öffnen der Klappe(16) die Turbulatoren(12) in eine Auf. -und Abbewegung versetzen und diese dadurch die Rauchrohre(11) reinigen.

5., Ein<'>Speicherkessel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher(19) im Inneren des Speichers thermisch entkoppelt ist, was mit einem Mantel (21), welcher nur geringfügig grösser ist als der Wärmetauscher(19), erreicht wird. Das wärmere Wasser vom oberen Teil des Speichers wird über eine Rohrleitung (23) oder einen Kanal in eine Öffnung an der Unterseite des Mantels gesaugt, bedingt durch die raschere Erwärmung des geringeren Wasservolumens im Inneren des Mantels (21) steigt das schneller erwärmte Wasser hoch und entweicht an den oberen öffnungen(22), was zu einer rascheren Erwärmung des Wärmetauschers (19) führt -6-

6., Ein Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgassammelkasten(IO) durch eine Öffnung im Querschnitt des Rauchgassammelkastens(IO) im oberen Kesselboden (3) ragt und darauf mit einem Wartungs.- und Reinigungsdeckel(24) versehen ist.

7., Ein Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungs,- bzw. Aschenraum (9) durch eine Öffnung im Querschnitt des Verbrennungs.- bzw. Aschenraumes(9) im unteren Kesselboden(4) ragt und darauf mit einem Wartungsdeckel (25) versehen ist. <EMI ID=6.1>

PATENTANSPRÜCHE

Speicherkessel mit je einem Wärmetauscher für Solarenergie(5) und Warmwasser[beta]rwärmung(6) sowie mit einem Volumen von einigen hundert Litern dadurch gekennzeichnet, dass eineVerbrennungseinheit sowie ein kompletter Wärmetauscher^ 9), bestehend aus Flammrohr(7) und ringförmig um das Flammrohr (7) angeordneten Rauchrohren (11) mit eingehängten Turbulatoren (12) im Inneren des Speichers liegen, und von Speicherwasser umgeben sind.

2., Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr(7) einen Abgasbypasskanal(14) aufweist, welcher in einen Abgaskanal (15) mündet und die Abgastemperatur durch Beimischung heisser Verbrennungsgase durch die Stellung mittels einer Klappe (16), angetrieben über einen Stellmotor automatisch über die Temperatur des Rauchgases einstellbar ist.

3., Speicherkessel nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch das Schliessen der Abgasklappe(16) der Luftdurchsatz nach Brennerstop und einer evt. Nachlaufzeit unterbunden wird.

4., Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass über eine Welle, welche mittig über dem Flammrohr gelagert ist und davon zu jedem Rauchrohr mittig ein Verbindungsstück führt an welchem die Turbulatoren (12) mittels Niet- oder Schraubverbindung befestigt sind in eine Auf. -und Abbewegung versetzen und diese dadurch die Rauchrohre(11) reinigen.

5., Speicherkessel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr mit den ringförmig angeordneten Rauchrohren an dessen Aussendurchmesser einen Stahlblechmantel aufweist, welcher an der unteren Seite der Rauchrohre eine Öffnung und an der oberen Seite der Rauchrohre ringförmig angeordnete Austrittsöffnungen hat.

6., Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgassammelkasten(IO) durch den oberen Kesselboden (3) ragt und darauf mit einem Wartungs.- und Reinigungsdeckel(24) versehen ist.

7., Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsraum (9) durch einen Kanal mit der Rückseite des Kessels verbunden und mit einem Wartungsdeckel (25) versehen ist.

NACHGEREICHT