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Die Erfindung betrifft Wärmetauscher zur Abkühlung von Abgasen eines mit flüssigem Brennstoff betriebe- nen Heizkessels, bei dem heisses Abgas und dem Brenner des Heizkessels zugeführte Verbrennungsluft im Gegen- strom geführt sind, wobei das Abgas gekühlt und die Verbrennungsluft vor der Verbrennung im Brenner des Heizkessels vorgewärmt wird.
Dabei sollen unter flüssigem Brennstoff in erster Linie herkömmliches Heizöl, aber auch andere flüssige brennbare Stoffe, wie beispielsweise Biodiesel, ver- standen werden.
Beim Betrieb von Heizkesseln ist eine Abkühlung der Abgase bis unter die Wasserdampftaupunktgrenze durch Vorwärmung der eingesetzten Verbrennungsluft aus energetischen Gründen sinnvoll, nur so ist eine ef- fektive Nutzung der im Abgas enthaltenen Latentwärme, unabhängig von der jeweiligen Systemtemperatur des Heizkessels möglich. Insbesondere bei Heizkesseln, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, tre- ten aber in herkömmlichen Wärmetauschern zum einen Probleme durch einen relativ niedrigen Taupunkt, der beispielsweise bei Ölheizkesseln bei ca. 47 C liegt und zum anderen durch die im Abgaskondensat enthalte- nen aggressiven Bestandteile auf.
Die letztgenannten Bestandteile führen zu Problemen, da sie die üb-
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licherweise im Heizkesselbau verwendeten Materialien angreifen und bis zu deren Zerstörung, bei entspre- chenden ph-Werten führen können. Selbst veredelte Stähle sind für diesen Anwendungszweck nicht ohne weiteres geeignet, da es zu Auswaschungen von Schwer- metall-Legierungskomponenten kommen kann, die über das generell anfallende Kondensat ausgewaschen und abgeführt werden. Ein solches Kondensat ist daher als Sondermüll zu betrachten und muss entsprechend depo- niert oder in anderer Form, kostenintensiv behandelt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetau- scher zur Vorwärmung von Verbrennungsluft zur Verfü- gung zu stellen, der kostengünstig herstellbar, unter den Bedingungen mit den aggressiven Abgasen über gro- #e Zeiträume zerstörungsfrei betrieben werden kann und in dem anfallenden Kondensat keine Schwermetalle enthalten sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs- formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen.
Der erfindungsgemässe Wärmetauscher verwendet anstelle der herkömmlichen Materialien für die Kanäle, durch die Abgas und zu erwärmende Verbrennungsluft im Ge- genstrom geführt werden, anstelle metallischer Mate- rialien, wie z. B. Aluminium oder Edelstähle, Kunst- stoff. Dabei werden die bevorzugt aus einem polymeren Kunststoff, wie z. B. aus Polypropylen oder PVDF be- stehenden Kanäle so dimensioniert und ausgebildet, dass der Kanal, durch den das Abgas geführt wird, den
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Kanal für die Verbrennungsluft umschliesst und das Abgas dementsprechend entlang der Oberfläche des Ka- nals für die Verbrennungsluft strömt und dabei suk- zessive das aus dem Kesselkörper austretenden heissen Abgases verringert und dementsprechend die Verbren- nungsluft, die dem Brenner zugeführt wird, vorgewärmt werden kann.
Vorteilhafterweise sind die Kanäle rohrförmig ausge- bildet und es kann auf kostengünstig erhältliche Kunstsstoffrohrprofile zurückgegriffen werden, die lediglich in die entsprechenden Formen gebogen oder mittels ebenfalls käuflich erhältlichen Formprofil- stücken zusammengesetzt werden können.
Zur Einsparung des erforderlichen Raumbedarfs für den Wärmetauscher und zur gleichzeitigen Erreichung einer ausreichend grossen Länge, über die die beiden unter- schiedlichen Gase im Gegenstrom zum Austausch von Wärme geführt werden können, sollten die Kanäle mäan- derförmig gebogen sein.
Sinnvoll ist es ebenfalls, den Eintritt für das heisse Abgas vertikal unten anzuordnen und das abgekühlte Abgas entsprechend oben abzuziehen, wobei selbstver- ständlich die zugeführte Verbrennungsluft in entge- gengesetzter Richtung geführt werden muss.
Da innerhalb des erfindungsgemässen Wärmetauschers die Taupunkttemperatur des Abgases unterschritten wird und demzufolge Kondensat anfällt, sollte auch eine Kondensatabführung vorhanden sein, die dann im Be- reich des Abgaseintrittes angeordnet werden kann.
Dabei kann das anfallende Kondensat, das wegen der verwendeten Kanalmaterialien schwermetallfrei ist,
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aufgefangen und auf herkömmliche Art und Weise mit an sich bekannten Zusatzstoffen behandelt (neutralisiert) werden, so dass das entsprechend behandelte Kondensat unbedenklich abgeleitet werden kann.
Durch das sich auch auf der äusseren Oberfläche des Kanals, durch den die Verbrennungsluft geführt wird, absetzende Kondensat, wird der Wärmeübergang vom Abgas zur Verbrennungsluft verbessert. Dies wird durch Abfliessen des Kondensats an der tiefsten Stelle des Wärmetauschers begünstigt, da sämtliches anfallendes Kondensat - auch das aus der sich anschliessenden Abgasleitung - den ganzen Wärmetauscher ständig befeuchtet und gleichzeitig eventuelle Ablagerungen ausspült.
Ausserdem ist es günstig, die innere und/oder die äu- #ere Oberfläche des Kanals für die Verbrennungsluft strukturiert auszubilden, so dass die Gasströme entsprechend verwirbelt und eine laminare Strömung dort verhindert wird, was zu einem verbesserten Wärmeübergang bzw. einer verbesserten Wärmeaufnahme der Verbrennungsluft führen kann. Eine solche Strukturierung kann in unterschiedlichster Form erfolgen, wobei es jedoch relativ einfach ist, eine gewellte Form zu wählen, d. h., beispielsweise den Kanal für die Verbrennungsluft aus einem kommerziell erhältlichen Kunststoffprofilmaterial mit einer gewellten Wandung, wie sie als flexible Rohrprofile kommerziell erhältlich sind, zu bilden. Der Verbrennungsluftkanal sollte im Abgaskanal nicht zentriert angeordnet werden.
Durch die Eigenspannung wird sich ein flexibles Rohr, das ein Wellrohr sein kann, immer in den Aussenbogen der Umlenkungen legen und eine zusätzliche Verwirbelung des Abgasstromes bewirken.
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Der erfindungsgemässe Wärmetauscher kann für Heizkes- sel ohne weiteres verwendet werden, die die für die Brennwerttechnik erforderlichen Parameter erfüllen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden.
Dabei zeigt: Figur 1 schematisch den Aufbau eines Beispiels für einen erfindungsgemässen Wärmetauscher.
Das in Figur 1 dargestellte Beispiel eines erfin- dungsgemässen Wärmetauschers verwendet ein Rohrsystem, bestehend aus den beiden rohrförmigen Kanälen 1 und 2, durch die die vorzuwärmende Verbrennungsluft und das Abgas im Gegenstrom geführt werden.
Das heisse Abgas tritt im vertikal unteren Bereich des Wärmetauschers im Eintrittsbereich 2' in den Kanal 2 ein und wird durch diesen mäanderförmig zu dem ver- tikal oben angeordneten Abgasabzug, der in einen her- kömmlichen Kamin münden kann, gelen les Dabei kann bei Bedarf die Strömung des Abgases mittels einer nicht dargestellten Saugeinrichtung unterstützt werden.
Die Verbrennungsluft wird vertikal von oben durch den Kanal 1, der im Bereich des Wärmetauschers vom Abgas- kanal 2 umschlossen ist, im Gegenstrom geführt und vertikal unten abgezogen und zum Brenner des Heizkes- sels geführt.
Dabei ist im dargestellten Beispiel die vorteilhafte mäanderförmige Ausbildung der Kanäle 1 und 2 gezeigt, wobei jedoch ohne weiteres eine grössere Anzahl von
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Schleifen über die Abgas und Verbrennungsluft geführt werden sollen, verwendet werden können.
Der innenliegende Kanal 1 für die Verbrennungsluft besteht aus einem wellenprofilförmigen Rohr, dessen Innendurchmesser gewährleistet, dass dem Brenner die jeweils für die Kesselleistung erforderliche Verbrennungsluftmenge zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Kanal 2 für das Abgas muss so gross sein, dass durch den Ringspalt zwischen den Kanälen 1 und 2 der Abgasstrom problemlos abgeführt werden kann. Zur Erreichung ausreichend grosser freier Querschnitte für Abgas und Verbrennungsluft können zwei oder mehrere Wärmetauscher in Parallelschaltung angeordnet werden.
In der Nähe des Abgaseintritts 2' ist eine Kondensatabführung 3 vorhanden, durch die das anfallende Abgaskonzentrat in einen Sammelbehälter (Neutralisationseinrichtung) gelangen kann.