AT500603B1 - Speicherkessel - Google Patents

Description

2 AT 500 603 B1

Die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe sowie die Umweltsituation zwingen uns, auf erneuerbare Energien zukünftig umzusteigen.

Da der Hausbrand einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch und damit auch an 5 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 io 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 Installati-is onsaufwand haben, somit teuer sind, und im Vergleich zu beispielsweise Öl- oder Gasanlagen unwirtschaftlich sind. Dies trifft insbesondere Solaranlagen, welche nur zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden.

Es gibt Heizeinrichtungen (EP 1 239 236 A2) welche nur zur Befeuerung mit Öl oder Gas und 20 nicht für Festbrennstoffe wie Pellets oder Holzhackgut geeignet sind. Der Brenner sitzt an der Oberseite und nicht seitlich unten wie beim gegenständlichen System. Diese Heizeinrichtung besitzt auch keine Inspektions- und Wartungsöffnungen sowie keine Entaschung wie sie bei Festbrennstoffen erforderlich ist. Der Wärmetauscher des Feststoffbrenners unterscheidet sich durch die Bauweise ebenfalls grundsätzlich zu dem genannten System. 25

Die waagrechte und nicht stehende Bauweise eines Heizkessels (AT 387 450 B) ist nicht zielführend, da dieser Kessel an der Front- und Rückseite geschlossen und ebenfalls nur für Öl oder Gasbetrieb geeignet ist, die in den Rauchrohren waagrecht liegenden Wendel sind nicht beweglich und haben daher keine Reinigungsfunktion. 30

Die ruckartige Bewegung der Wendel (DE 10 94 912 B) wurde aus Lärmgründen bewusst vermieden.

Die Nutzung der Solarenergie zur Warmwasserbereitung wäre aber die sinnvollste, da dabei 35 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 40 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. 45 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 so eingebauten Wärmetauscher für Solar (5), den oben eingebauten Wärmetauscher für Warmwasser (6), dem innenliegenden, vorzugsweise zylindrischen Flammrohr (7), Brennkammer (9) und Rauchgassammelkasten (10), sowie den um das Flammrohr (7) ringförmig angeordneten Rauchrohren (11) mit eingehängten schneckenspiralförmigen Turbulatoren (12), den seitlich mittels Flanschverbindung angeflanschten Brenner (13), den Rauchgasbypasskanal (14), den 55 Rauchgasrohr (15), der Bypass- und Absperrklappe (16) sowie der Aschenschnecke (17) mit 3 AT 500 603 B1

Aschencontainer (18).

Dieser Speicherkessel (1) hat ein Volumen von einigen hundert Liter Wasser, in welchem ein Wärmetauscher für die Solarenergie (5) sowie ein Wärmetauscher für die Warmwasserberei-5 tung (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 Wärmetauschern (19) im Speicher komplett integriert sind.

Dadurch wird massiv Platz gespart, durch den Wegfall von Pufferspeicher und Warmwasserboi-io ler und der damit verringerten Oberfläche werden Abstrahlungsverluste minimiert, der Installationsaufwand wird erheblich verringert, in der Regel werden zwei Pumpen eingespart, womit sich der elektrische Hilfsenergieaufwand verkleinert und das System dadurch auch regelungstechnisch vereinfacht wird. 15 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 Emissionsverhalten 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. Niedrig-20 energiehäuser optimal ersetzbar.

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. 25

Durch das große Wasservolumen und die damit verbundene lange Brennerlaufzeit ist auch die Warmwasserbereitung im Sommer bei längerem Ausfall der Solaranlage durch zu geringe Sonneneinstrahlung möglich und sinnvoll. 30 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 den 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 wer-35 den können, über den Rauchgassammelkasten (10) über das Rauchgasrohr (15) in den Kamin strömen.

Um den Speicherkessel (1) auch mit geringeren Leistungen fahren zu können, ist nach dem Flammrohr (7) ein Bypasskanal (14) direkt in das Rauchgasrohr (15) eingebaut, welcher mit 40 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 gegebenenfalls den Kamin vor zu niedrigen Abgastemperaturen zu schützen und 45 beim Start 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. 50

Die Reinigung der Rauchrohre (11) mittels Turbulatoren (12) erfolgt über eine Welle (8), von welcher davon zu jedem Rauchrohr ein Verbindungsstück führt, an welchem die Turbulatoren (12) eingehängt sind und diese in eine Auf- und Abbewegung versetzen und dadurch die Rauchrohre (11) reinigen. Die Flugasche fällt in den Ascheraum (9) und wird über Leitbleche 55 (26) zusammen mit der Asche von der Aschenschnecke (17) in den Aschecontainer (18) beför-

Claims (1)

1. 5 10 . 15 20 25 30 35 40 45 50 4 AT 500 603 B1 dert. Um Korrosionsprobleme 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. Patentansprüche: 1. Speicherkessel mit einem Wärmetauscher für Solarenergie (5) und einem Wärmetauscher für Warmwassererwärmung (6) sowie mit einem Volumen von einigen hundert Litern, einer Verbrennungseinheit sowie einem kompletten Wärmetauscher (19), bestehend aus Flammrohr (7) und ringförmig um das Flammrohr (7) angeordneten Rauchrohren (11) mit eingehängten Turbulatoren (12), die im Inneren des Speichers liegen, und von Speicherwasser umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (7) einen Abgasbypasskanal (14) aulweist, welcher in einen Abgaskanal (15) mündet. 2. Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass von einer Welle (8) zu jedem Rauchrohr (11) ein Gestänge (20) führt, an dem die Turbulatoren (12) eingehängt sind, die über die Welle (8) in eine Auf- und Abbewegung versetzt werden und dadurch die Rauchrohre (11) reinigen. 3. Speicherkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr mit den ringförmig angeordneten Rauchrohren außerhalb der Rauchrohre (11) einen Stahlblechmantel (21) aufweist, welcher an der unteren Seite des Stahlblechmantels (21) eine Öffnung und an der oberen Seite des Stahlblechmantels (21) ringförmig angeordnete Austrittsöffnungen (22) hat. 4. Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgassammelkasten (10) durch den oberen Kesselboden (3) ragt und mit einem Wartungs- und Reinigungsdeckel (24) versehen ist. 5. Speicherkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsraum (9) mit einem Wartungsdeckel (25) versehen ist. 6. Verfahren zum Betrieb eines Speicherkessels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur durch Beimischung heißer Verbrennungsgase über eine mit Stellmotor angetriebene Klappe (16) automatisch «ingestellt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Schließen der Abgasklappe (16) der Luftdurchsatz nach Brennerstopp und einer eventuellen Nachlaufzeit unterbunden wird. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 55