CH689313A5

CH689313A5 - Behaelterartiger Sammler und Verteiler fuer Heizungs - und/oder Kuehlanlagen.

Info

Publication number: CH689313A5
Application number: CH03560/94A
Authority: CH
Inventors: Rembert Zortea
Original assignee: Rembert Zortea
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1999-02-15
Also published as: DE4442281C2; AT399770B; ATA223493A; DE4442281A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen behälterartigen Sammler und Verteiler für Heizungs- und/oder Kühlanlagen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Es ist bei Heizanlagen mit mindestens einer Wärmequelle und mit einer Vor- und einer Rücklaufleitung sowie mit parallelgeschalteten, ebenfalls Vor- und Rücklaufleitungen aufweisenden Verbraucherkreisen bekannt (EP-OS 312 903; AT-PS 390 506), zwischen der Wärmequelle und diesen Verbraucherkreisen einen behälterartigen Sammler und Verteiler vorzusehen und die Vorlauf- und die Rücklaufleitung der Wärmequelle und die Vorlauf- und die Rücklaufleitungen der Verbraucherkreise direkt mit diesem behälterartigen Sammler und Verteiler zu verbinden. Analoge Massnahmen werden auch bei Kühlanlagen angewandt. In Rücklauf- bzw. Vorlaufleitungen der einzelnen Kreise sind Umlaufpumpen angeordnet.

Dank dieser bekannten Einrichtung sind dem Wärmeträgermedium eindeutige Wege vorgegeben, so dass die von der Wärmequelle erzeugte Wärme gleichmässig verteilt und abgeführt wird, unabhängig von den unterschiedlichen Strömungswiderständen der einzelnen Kreise. Dank dieser vorbekannten behälterartigen Sammler und Verteiler und ihrer Anordnung können nicht nur die Schaltungen und Leitungsführungen solcher Anlagen vereinfacht werden gegenüber den bisher verwendeten Verteilern, es sind auch gegenseitige Beeinflussungen der einzelnen Kreise unterbunden, so dass ein solcher behälterartiger Sammler und Verteiler sozusagen den Strömungsnullpunkt innerhalb der Anlage bildet.

Dabei können die einzelnen Vorlauf- und Rücklaufleitungen der verschiedenen Kreise ohne Berücksichtigung einer bestimmten Reihenfolge angeschlossen werden, wobei der behälterartige Sammler und Verteiler wegen seines geringen Umfanges und seines kleinen Volumens an jedem beliebigen Platz eines Heiz- oder Kühlraumes angebracht werden kann. Durch den und in dem erwähnten behälterartigen Sammler und Verteiler werden die Vor- und Rücklaufleitung der Wärmequelle strömungsmässig miteinander verbunden. Das Volumen eines solchen behälterartigen Sammlers und Verteilers hängt von der Grösse der Anlage ab, in der er eingesetzt wird.

Die Entwicklung moderner Heizkessel zielt darauf ab, die CO2-Emissionen in möglichst grossem Umfang zu reduzieren. Durch den Einsatz von Erdgas als Brennstoff mit seinem gegenüber anderen fossilen Brennstoffen deutlich geringeren Kohlenstoffanteil lässt sich bereits eine bis zu 50%ige Verringerung des CO2-Ausstosses erreichen. Moderne Niedertemperatur-Gasheizkessel ermöglichen bereits eine sehr hohe Energieausnutzung und niedrige Schadstoffemission. Es lässt sich jedoch eine noch weitere Steigerung des Kesselwirkungsgrades erreichen, wenn die Abgase bis unter den Wasserdampf-Taupunkt abgekühlt werden, so dass eine teilweise Nutzung der Kondensationswärme des bei der Verbrennung gebildeten Wasserdampfes im Abgas erfolgt.

Dieses im industriellen und gewerblichen Bereich schon lange praktizierte Verfahren ist seit Beginn der 80er-Jahre durch die Entwicklung kompakter Brennwertkessel auch bei kleinen Heizungsanlagen einsetzbar, wie sie im Wohnbau verwendet werden.

Der Brennwertkessel hat seinen Namen aus der Tatsache, dass bei der Abgaskondensation nicht nur der Heizwert, sondern auch der Brennwert des Brennstoffes ausgenutzt wird. Für Erdgas ergibt sich bei vollständiger Nutzung des Brennwertes ein um 11% höherer Wärmegewinn gegenüber dem Heizwert, während dieser Unterschied beim leichten Heizöl nur 6% beträgt. Der hohe Energiegewinn des Brennwertkessels liegt jedoch nicht allein in der teilweisen Nutzung der Kondensationswärme, die je nach Heizungsrücklauftemperatur zu max. etwa 80% gewonnen werden kann, sondern in der fast vollständigen Ausschöpfung der fühlbaren Wärme, d.h. der herkömmlichen Abgasverluste.

Entsprechend der gezielten Energieeinsparung verringern sich natürlich auch die CO2-Emissionen. Bedingt durch den spezifisch höheren Kohlenstoffgehalt im Heizöl können mit einem Gas-Brennwertkessel gegenüber einem älteren \lheizkessel sogar CO2-Minderungen von über 50% erreicht werden.

Diese radikale Restwärmenutzung der Abgase könnte prinzipiell durch eine Vergrösserung der Heizflächen bei jedem normalen Gasheizkessel erreicht werden. Allerdings kommt es bei Absenkung der Oberflächentemperaturen der Heizflächen unter ca. 55 DEG C zu einer zumindest zeitweisen Kondensation der Abgase, die in besonders gravierenden Fällen zur Beschädigung des Kessels oder zu Störungen des Betriebs durch z.T. starke Korrosionseinflüsse führen kann. Deshalb wurden für Brennwertkessel spezielle Wärmetauscherkonstruktionen entwickelt, deren bestimmungsgemässe Aufgabe es ist, die Abgase soweit wie möglich unter den Taupunkt abzukühlen und die gewonnene Kondensationswärme möglichst vollständig auf das Heizungswasser zu übertragen.

Daraus ergibt sich, dass ein Brennwertkessel dann effizient betrieben werden kann, wenn zwischen Vor- und Rücklauftemperatur ein möglichst grosses Temperaturgefälle besteht. Diese Forderung besteht übrigens auch bei Fernheizanlagen.

Da beim Einsatz des eingangs erwähnten behälterartigen Sammlers und Verteilers sich Vorlauf- und Rücklaufleitung der Wärmequelle in ein und demselben Behälterraum angeschlossen sind, ist die beim Einsatz von Brennwertkessel bzw. beim Anschluss einer Fernheizanlage gewünschte grosse Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung nur schwer zu erreichen.

Um die durch den Einsatz des genannten behälterartigen Sammlers oder Verteilers erzielbaren Vorteile auch bei Anlagen mit Wärmequellen der letzt- erwähnten Art zu erreichen und dennoch die Rücklauftemperatur gegenüber der Vorlauftemperatur der Wärmequelle möglichst weit abzusenken, ist Zweck und Aufgabe der Erfindung, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch jene Massnahmen gelöst, die Inhalt und Gegenstand des kennzeichnenden Teiles des Pa tentanspruches 1 sind. Zweckmässige Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Um die Erfindung zu veranschaulichen, wird sie anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des behälterartigen Sammlers und Verteilers;
Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Vertikalschnitt (Schnittlinie III-III in Fig. 2);
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild;
Fig. 5 und 6 Vertikalschnitte wie Fig. 3, jedoch mit anders gestalteten Zwischenwänden.

Der topfartige behälterartige Sammler und Verteiler 1 besteht aus einem zylindrischen Mantel 2, einem schalenartig gewölbten Deckel 3 und einem gleich ausgebildeten Boden 4. Diese drei Teile sind miteinander unlösbar verbunden, beispielsweise verschweisst. Entlang des Umfanges des Mantels 2 sind nun zwei Reihen von Rohrstutzen 5 bis 13 angeordnet, wobei die Anzahl dieser Rohrstutzen beider Reihen gleich gross ist. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass diese Rohrstutzen beider Reihen gegeneinander um die halbe Teilung versetzt sind. So ist es möglich, diese beiden Reihen von Rohrstutzen möglichst nahe beieinander anzuordnen, so dass die Höhe H des Mantels 2 gering gehalten werden kann. Der Durchmesser des behälterartigen Sammlers und Verteilers 1 beträgt je nach Grösse der Anlage, in der er eingesetzt wird, zwischen 300 bis 900 mm.

Das Fassungsvermögen des behälterartigen Sammlers und Verteilers ist von der Grösse der Anlage, in der er verwendet wird abhängig; sein Volumen kann zwischen 10 Litern und mehreren hundert Litern liegen. Zweckmässigerweise ragen die Rohrstutzen einer Reihe entlang des Umfanges des Mantels 2 in wechselnder Folge unterschiedlich weit in das Innere des behälterartigen Sammlers und Verteilers 1 (Fig. 2).

Aus Fig. 3 ist nun ersichtlich, dass das Innere des behälterartigen Sammlers und Verteilers 1 hier durch zwei nahe beieinander und zumindest annähernd parallel liegende und zwischen sich einen Spaltraum 14 begrenzende Zwischenwände 15 und 16 in über den Spaltraum 14 miteinander verbundene Kammern 17 und 18 unterteilt ist. Jede dieser Zwischenwände 15 und 16 erstreckt sich über ca. 2/3 des Behälterquerschnitts. Entlang des Umfanges des Mantels 2 sind zu beiden Seiten dieser Zwischenwände 15 und 16 die Rohrstutzen angeordnet. Im Mittelbereich einer jeden Kammer 17 und 18 sind noch Strömungsleitbleche 19 und 20 vorgesehen.

Ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der behälterartigen Sammler und Verteiler 1 durch die beiden nahe beieinander liegenden Zwischenwände 15 und 16 in zwei etwa gleich grosse Kammern 17 und 18 unterteilt, so ist es möglich, ein weiteres Zwischenwandpaar vorzusehen, so dass der behälterartige Sammler und Verteiler 1 in drei Kammern unterteilt ist, wobei den Mantelabschnitten jeder Kammer Rohrstutzen zugeordnet sind. Anstelle von Rohrstutzen können auch andere Anschlussmöglichkeiten für die Vor- und Rücklaufleitungen der einzelnen Kreise vorgesehen werden.

Die beiden Zwischenwände 15 und 16 sind in dem Bereich, in dem sie sich gegenseitig überdekken, gekröpft. Dadurch können die Schweissnähte, mit welchen sie an der Innenseite des Mantels 2 befestigt oder wenigstens angeheftet sind, in der gleichen Ebene angeordnet werden. Um den Strömungswiderstand des Spaltraumes 14 zu vergrössern, können die Zwischenwände 15 und 16 zumindest in dem Bereich, in dem sie sich gegenseitig überdecken, gewellt ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung des Strömungswiderstandes ist die Anordnung von Schikanen in diesem Spaltraum 14. Diese Zwischenwände 15 und 16 liegen zumindest annähernd parallel zu den Achsen der Rohrstutzen oder Anschlussstutzen 5 bis 13. Die Querschnitte der Ein- bzw. Austrittsöffnungen des Spaltraumes 14 sind annähernd gleich gross wie der Querschnitt des grössten Rohrstutzens oder der grössten Anschlussöffnung.

In einer Heizanlage mit einem Brennwertkessel 22 als Wärmequelle und mit Normal- (40 DEG bis 70 DEG ) und Hochtemperatur- (70 DEG bis 100 DEG ) Verbraucherkreisen sowie mit Niedertemperaturkreisen (25 DEG bis 40 DEG ) sind die Vorlaufleitung 25 und die Rücklaufleitung 21 des Brennwertkessels 22 an Rohrstutzen unterschiedlicher Kammern angeschlossen, die Vorlaufleitung 25 oben, die Rücklaufleitung 21 hingegen unten. Die Normal- oder Hochtemperaturkreise 23 (Boiler, Radiatoren, Lüftung) bzw. deren Vor- und Rücklaufleitungen sind entweder oben oder oben und unten angeschlossen. Die Niedertemperaturkreise 24 hingegen (Fussbodenheizung, Niedertemperaturradiatoren) bzw. deren Vorlauf- und Rücklaufleitungen werden zweckmässigerweise nur unten angeschlossen.

Eine weitere Anschlussmöglichkeit für einen Verbraucherkreis 26 ist ebenfalls dargestellt, die Vorlaufleitung ist oben, die Rücklaufleitung ist unten angeschlossen.

Wie Versuche zeigen, sind so hohe Temperaturdifferenzen zwischen Vorlaufleitung 25 und Rücklaufleitung 21 für den Brennwertkessel 22 erreichbar.

Ist der behälterartige Sammler und Verteiler mehrfach unterteilt, so dass drei oder noch mehr Kammern vorliegen, so lässt sich dadurch unter Berücksichtigung des aufgezeigten Anschlussschemas für die einzelnen Verbraucherkreise unterschiedlicher Temperaturstufen eine noch grössere Temperaturdifferenz zwischen der Vorlaufleitung 25 und der Rücklaufleitung 21 des Brennwertkessels 22 erzielen.

Was vorstehend anhand eines Brennwertkessels veranschaulicht und beschrieben worden ist, gilt auch dann, wenn als Wärmequelle ein von einem Fernheizwerk gespeister Wärmetauscher vorgesehen ist. Auch hier ist für die Effizienz der Heizanlage eine hohe Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufleitung der Wärmequelle erforderlich.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist im Mittelbereich des behälterartigen Sammlers und Verteilers ein von den Zwischenwänden 15 und 16 begrenzter Spaltraum 14, in welchem eine ausgeprägte Querströmung des Heizmediums eintritt. Dies begünstigt die Erreichung des angestrebten Zweckes.

Grundsätzlich ist es möglich, im behälterartigen Sammler und Verteiler (Fig. 5) eine einfache Zwischenwand 27 vorzusehen und in dieser ein oder mehrere Aussparungen anzuordnen. Es können dabei wenige Aussparungen mit grossem Querschnitt oder viele Aussparungen mit kleinerem Querschnitt vorgesehen werden. Eine dazu vergleichbare Konstruktion zeigt Fig. 6, wobei hier die randseitigen Aussparungen 28 freigestanzte und hochgebogene Laschen besitzen.

Die gezeigte mittlere Aussparung ist jedoch als einfache Bohrung oder als einfaches Stanzloch ausgebildet.

Legende zu den Hinweisziffern

1 Behälterartiger Sammler und Verteiler
2 Mantel
3 Deckel
4 Boden
5 Rohrstutzen
6 Rohrstutzen
7 Rohrstutzen
8 Rohrstutzen
9 Rohrstutzen
10 Rohrstutzen
11 Rohrstutzen
12 Rohrstutzen
13 Rohrstutzen
14 Spaltraum
15 Zwischenwand
16 Zwischenwand
17 Kammer
18 Kammer
19 Strömungsleitblech
20 Strömungsleitblech
21 Rücklaufleitung
22 Brennwertkessel
23 Hochtemperaturkreis
24 Niedertemperaturkreis
25 Vorlaufleitung
26 Vorlaufleitung
26 Verbraucherkreis
27 Zwischenwand
28 Aussparung

Claims

1. Behälterartiger Sammler und Verteiler für Heizungs- und/oder Kühlanlagen mit mindestens einer eine Vor- und eine Rücklaufleitung aufweisenden Wärme- oder Kältequelle und mehreren, je eine Vor- und Rücklaufleitung aufweisenden Verbraucherkreisen, wobei in den einzelnen Vor- bzw. Rücklaufleitungen Umwälzpumpen angeordnet sind und die Vor- und Rücklaufleitungen aller Kreise am behälterartigen Sammler und Verteiler angeschlossen sind, wobei zum Anschluss dieser Vor- und Rücklaufleitungen Rohrstutzen und/oder Anschlussöffnungen entlang des Umfanges des geschlossenen behälterartigen Sammlers und Verteilers verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des behälterartigen Sammlers und Verteilers (1) durch mindestens eine \ffnungen begrenzende Zwischenwand (15, 16, 27) in miteinander verbundene Kammern (17, 18) unterteilt ist und dass die Rohrstutzen (5 bis 13)

und/oder Anschlussöffnungen entlang des Umfanges des topfartigen geschlossenen Sammlers und Verteilers (1) zu beiden Seiten dieser Zwischenwände (15, 16, 27) vorgesehen sind.

2. Behälterartiger Sammler und Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des behälterartigen Sammlers und Verteilers (1) durch mindestens zwei zumindest annähernd parallel liegende und zwischen sich einen Spaltraum (14) begrenzende Zwischenwände (15, 16) in über den Spaltraum (14) miteinander verbundene Kammern (17, 18) unterteilt ist (Fig. 3).

3. Behälterartiger Sammler und Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die \ffnungen (28) bzw. den Spaltraum (14) begrenzenden Zwischenwände (15, 16, 27) zumindest annähernd parallel zu den Achsen der Rohrstutzen und/oder Anschlussöffnungen angeordnet sind (Fig. 3 und 5).

4.

Behälterartiger Sammler und Verteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (15, 16) zumindest in dem sich gegenseitig überdeckenden und den Spaltraum (14) begrenzenden Bereich gewellt ausgebildet sind oder im Spaltraum (14) dessen Strömungswiderstand erhöhende Schikanen angeordnet sind.

5. Behälterartiger Sammler und Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Ein- bzw. Austrittsöffnungen des Spaltraumes (14) annähernd gleich gross sind wie der Querschnitt der grössten Anschlussöffnung oder des grössten Rohrstutzens.

6. Behälterartiger Sammler und Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zu beiden Seiten der Zwischenwände (15, 16) vorgesehenen Rohrstutzen und/oder Anschlussöffnungen (5 bis 13) gleich ist.

7.

Behälterartiger Sammler und Verteiler nach Anspruch 1 mit Rohrstutzen, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang des Umfanges aufeinanderfolgenden Rohrstutzen (5 bis 13) in wechselnder Folge unterschiedlich weit in das Innere des behälterartigen Sammlers und Verteilers (1) ragen (Fig. 2).

8. Behälterartiger Sammler und Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Zwischenwände (15, 16, 27) voneinander getrennten Kammern (17, 18) annähernd gleich gross sind.

9. Behälterartiger Sammler und Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Zwischenwände (15, 16) ca. 2/3 des Behälterquerschnittes überdeckt (Fig. 3).